Small-film-type ion sensors are garnering considerable interest in the fields of wearable healthcare and home-based monitoring systems. The performance of these sensors primarily relies on electrode capacitance, often employing nanocomposite materials composed of nano- and sub-micrometer particles. Traditional techniques for enhancing capacitance involve the creation of nanoparticles on film electrodes, which require cost-intensive and complex chemical synthesis processes, followed by additional coating optimization. In this study, we introduce a simple one-step electrochemical method for fabricating gold nanoparticles on a carbon nanotube (Au NP–CNT) electrode surface through cyclic voltammetry deposition. Furthermore, we assess the improvement in capacitance by distinguishing between the electrical double-layer capacitance and diffusion-controlled capacitance, thereby clarifying the principles underpinning the material design. The Au NP–CNT electrode maintains its stability and sensitivity for up to 50 d, signifying its potential for advanced ion sensing. Additionally, integration with a mobile wireless data system highlights the versatility of the sensor for health applications.

This study compares the characteristics of a compact TiO2 (c-TiO2) powdery film, which is used as the electron transport layer (ETL) of perovskite solar cells, based on the manufacturing method. Additionally, its efficiency is measured by applying it to a carbon electrode solar cell. Spin-coating and spray methods are compared, and spraybased c-TiO2 exhibits superior optical properties. Furthermore, surface analysis by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) exhibits the excellent surface properties of spray-based TiO2. The photoelectric conversion efficiency (PCE) is 14.31% when applied to planar perovskite solar cells based on metal electrodes. Finally, carbon nanotube (CNT) film electrode-based solar cells exhibits a 76% PCE compared with that of metal electrodebased solar cells, providing the possibility of commercialization.

Energy storage systems should address issues such as power fluctuations and rapid charge-discharge; to meet this requirement, CoFe2O4 (CFO) spinel nanoparticles with a suitable electrical conductivity and various redox states are synthesized and used as electrode materials for supercapacitors. In particular, CFO electrodes combined with carbon nanofibers (CNFs) can provide long-term cycling stability by fabricating binder-free three-dimensional electrodes. In this study, CFO-decorated CNFs are prepared by electrospinning and a low-cost hydrothermal method. The effects of heat treatment, such as the activation of CNFs (ACNFs) and calcination of CFO-decorated CNFs (C-CFO/ACNFs), are investigated. The C-CFO/ACNF electrode exhibits a high specific capacitance of 142.9 F/g at a scan rate of 5 mV/s and superior rate capability of 77.6% capacitance retention at a high scan rate of 500 mV/s. This electrode also achieves the lowest charge transfer resistance of 0.0063 Ω and excellent cycling stability (93.5% retention after 5,000 cycles) because of the improved ion conductivity by pathway formation and structural stability. The results of our work are expected to open a new route for manufacturing hybrid capacitor electrodes containing the C-CFO/ACNF electrode that can be easily prepared with a low-cost and simple process with enhanced electrochemical performance.

신축성 전극을 다양한 소재와과 방식을 통해 제조되고 있으며 많은 기계적 특성 분석이 연구되고 있다. 은, 구리, 금, 나노와이어 등 다양한 금속이나 CNT, graphene, 플러렌 등을 기반으로 연구되고 있으며 대부분 높은 전도성과 신축특성을 요구하는 어플리케이션에 사용되지만 고가라는 단점이 있다. 본 연구에서는 저비용 소재와 공정으로 높은 신축특성과 반복 특성을 보유한 신축성 전극을 개발하였다. 값싼 전도성 탄소 와 흑연을 혼합하여 페이스트를 개발하였고 개발된 페이스트를 메탈마스크 인쇄 공정을 통해 TPU기판 위에 인쇄하였고 120℃에서 2시간 경화를 진행하였다. 이렇게 개발된 전극을 인장 시험과 인장 반복 시험을 통해 특성을 증명하였고 향후 어플리케이션 적용 가능여부를 확인하기 위해 무릎에 임시로 고정 후 간이 시험을 진행한 결과 20회 반복하는 동안 일정한 저항 변화를 보여줬다.

본 연구에서는 “이온젤” 이라고 불리는 고분자 기반의 PVA(polyvinyl alcohol) 기반의 고체 전 해질에 이온성 액체 BMIMBF4 (1-buthyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)를 첨가하여 제조한 전 고체 전해질과 활성탄소와 금속유기골격체 복합재료 기반의 전극 재료를 이용하여 슈퍼커패시터를 제작 하였으며, 유기골격체의 유 무에 따른 전기화학적 특성을 분석하여 보았다. 슈퍼커패시터의 전기화학적 특 성은 순환전압전류법(CV), 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 및 전정류 충·방전법(GCD)을 통하여 비교 및 분석하여 보았다. 그 결과로, 금속유기골격체가 함유되지 않은 슈퍼커패시터의 전기용량값은 380 F/g 으로 확인 할 수 있었고, 이 값은 금속유기골격체를 첨가하였을 때 340 F/g로 감소하는 현상을 확인할 수 있었 다. 이러한 결과로 1 wt%의 금속유기골격체의 함유량은 전기화학적 특성 감소에 영향을 주는 것으로 사료 되며 이러한 결과를 바탕으로 금속유기골격체의 첨가량을 최적화 할 필요가 있다고 판단된다

고분자를 기반으로 하는 고체 전해질은 수퍼커패시터, 배터리, 센서, 액추에이터 등 다양한 전기화학 소자에 응용이 가능한 소재로써, 기존 고분자 전해질의 낮은 이온전도도를 향상시키기 위해서 다양한 이온성 액체 기반의 고체 전해질에 관한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 이온성 액체의 높은 전기적 특성 및 전기화학적, 열적 안정성과 고분자의 우수한 기계적인 강도를 활용한 젤 상태의 고체 전해질인 이온젤은 차세대 웨어러블 및 플렉시블 전자소자에 응용되어 연구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 이온성 액체와 고분자 기반의 고체 전해질을 제조하고 특성을 분석하여 탄소나노복합체 기반의 전극 에 적용하여 다양한 전자소자에 응용이 가능한 이온전도도 및 안정성이 향상된 이온성 액체 기반의 고체 전해질을 개발하고자 한다. 제조된 고체전해질은 전기화학적 임피던스법을 이용하여 이온 전도도를 측정 하여 보았으며 이온성 액체를 첨가하여 제조한 고체전해질의 이온 전도도가 1.26 x 10-1 S/cm 로 확인 되었다. 또한 제조된 고체 전해질을 이용하여 전고체형 수퍼커패시터를 제조하여 전기화학적 특성을 비교 하여 보았으며, 수퍼커패시터의 전기화학적 특성 역시 이온성 액체를 첨가하여 제조된 고체 전해질을 사 용하였을 때 향상된 전기화학적 특성을 나타내었다.

본 연구에서는 활성탄소섬유를 이용하여 축전식 탈염공정에 적용할 탄소전극을 제조하였다. polyvinylidene fluoride (PVDF)를 바인더로 사용했으며 적절한 용매에 활성탄소섬유를 배합한 후 상용의 그라파이트 시트에 캐스팅하여 탄소전극을 제조하였다. 이 때 활성탄소섬유의 입자 크기를 달리하였고, 용매, 고분자 바인더 그리고 활성탄소섬유를 80 : 2 : 18, 80 : 5 : 15의 배합비율로 전극을 제조하였다. 그런 다음 염 제거 효율을 흡착전압과 시간, 탈착전압과 시간, NaCl 공급액의 농도와 유속 등에 운전조건에 대하여 염 제거 효율을 측정하였다. 대표적으로 활성탄소섬유의 입자크기가 32 μm 이하이며 80 : 2 : 18의 배합비율에서 1.2 V, 3분의 흡착조건, -0.1 V, 1분의 탈착조건, NaCl 100 mg/L, 15 mL/min의 공급액 조건에서 53.6%의 염 제거 효율을 보였다.

본 연구에서는 시판되는 탄소전극의 제조에 활용되는 활성탄의 형태가 아닌, 활성탄소섬유를 이용하여 축전식 탈염공정에 적용할 탄소전극을 제조하였다. polyvinylidene fluoride (PVDF)를 지지체로 사용하며 활성탄소섬유를 배합한 후 시판되는 그라파이트 시트에 캐스팅하여 탄소전극을 제조한 다음 염 제거 효율을 평가하였다. 활성탄소섬유의 입자 크기를 달리하였고 용매와 고분자 지지체 그리고 활성탄소섬유를 80 : 2 : 18, 80 : 5 : 15의 배합비율로 전극을 제조하였다. 축전식 탈염공정 운전조건으로 흡착전압, 시간, 탈착전압, 시간, NaCl 공급액의 농도와 유속 등을 달리하여 제조한 활성탄소섬유전극의 성능을 평가하였다.

Ni nanoparticles (NPs)-graphitic carbon nanofiber (GCNF) composites were fabricated using an electrospinning method. The amounts of Ni precursor used as catalyst for the catalytic graphitization were controlled at 0, 2, 5, and 8 wt% to improve the photovoltaic performances of the nanoparticles and make them suitable for use as counter electrodes for dyesensitized solar cells (DSSCs). As a result, Ni NPs-GCNF composites that were fabricated with 8 wt% Ni precursors showed a high circuit voltage (0.73 V), high photocurrent density (14.26 mA/cm2), and superb power-conversion efficiency (6.72 %) when compared to those characteristics of other samples. These performance improvements can be attributed to the reduced charge transport resistance that results from the synergetic effect of the superior catalytic activity of Ni NPs and the efficient charge transfer due to the formation of GCNF with high electrical conductivity. Thus, Ni NPs-GCNF composites may be used as promising counter electrodes in DSSCs.

Ni nanoparticles (NPs)-graphitic carbon nanofiber (GCNF) composites were fabricated using an electrospinning method. The amounts of Ni precursor used as catalyst for the catalytic graphitization were controlled at 0, 2, 5, and 8 wt% to improve the photovoltaic performances of the nanoparticles and make them suitable for use as counter electrodes for dyesensitized solar cells (DSSCs). As a result, Ni NPs-GCNF composites that were fabricated with 8 wt% Ni precursors showed a high circuit voltage (0.73 V), high photocurrent density (14.26 mA/cm2), and superb power-conversion efficiency (6.72 %) when compared to those characteristics of other samples. These performance improvements can be attributed to the reduced charge transport resistance that results from the synergetic effect of the superior catalytic activity of Ni NPs and the efficient charge transfer due to the formation of GCNF with high electrical conductivity. Thus, Ni NPs-GCNF composites may be used as promising counter electrodes in DSSCs.

본 연구에서는 유연성을 갖는 전극 제조를 위해 산 처리된 단일벽 탄소나노튜브 (Acid treated-SWCNTs)를 금이 코팅된 PET 기판 위에 스프레이 코팅하였다. 단일벽 탄소나노튜브가 가지는 단점을 보완하기 위하여 산 처리 공정을 이용하여 나노튜브에 작용기를 도입하여 분산성을 극대화 시켰 으며 전기화학적 특성을 향상 시켰다. 스프레이 기술을 이용하여 제조된 유연성을 갖는 단일벽 탄소나노 튜브 기반의 전극을 1 M의 황산 전해질에서 순환 전압 전류법, 임피던스 분광법 그리고 충·방전 시험을 통하여 전기화학적 특성을 분석 하였다. 그 결과, 응력을 가하지 않은 전극의 전기 용량값은 67 F․g-1로 측정 되었으며, 1000번의 충·방전 시험 후에는 전기 용량값이 63 F․g-1 (94 % 유지)로 감소하는 결과를 보였다. 이에 반하여, 탄소나노튜브 기반의 플렉시블 전극은 500번의 굽힘 시험 (bending test)과 6000 번의 충·방전 시험 후에는 초기의 전기 용량값 (67 F․g-1)이 유지되는 결과를 얻었다.

Octahedral Co3O4/carbon nanofiber (CNF) composites are fabricated using electrospinning and hydrothermal methods. Their morphological characteristics, chemical bonding states, and electrochemical properties are used to demonstrate the improved photovoltaic properties of the samples. Octahedral Co3O4 grown on CNFs is based on metallic Co nanoparticles acting as seeds in the CNFs, which seeds are directly related to the high performance of DSSCs. The octahedral Co3O4/CNFs composites exhibit high photocurrent density (12.73 mA/m2), superb fill factor (62.1 %), and excellent power conversion efficiency (5.61 %) compared to those characteristics of commercial Co3O4, conventional CNFs, and metallic Co-seed/CNFs. These results can be described as stemmnig from the synergistic effect of the porous and graphitized matrix formed by catalytic graphitization using the metal cobalt catalyst on CNFs, which leads to an increase in the catalytic activity for the reduction of triiodide ions. Therefore, octahedral Co3O4/CNFs composites can be used as a counter electrode for Pt-free dye-sensitized solar cells.

Co-embedded graphitic porous carbon nanofibers(Co-GPCNFs) are synthesized by using an electrospinning method. Their morphological, structural, electrochemical, and photovoltaic properties are investigated. To obtain the optimum condition of Co-GPCNFs for dye-sensitized solar cells(DSSCs), the amount of cobalt precursor in an electrospinning solutuion are controlled to be 0 wt%(conventional CNFs), 1 wt%(sample A), and 3 wt%(sample B). Among them, sample B exhibited a high degree of graphitization and porous structure compared to conventional CNFs and sample A, which result in the performance improvement of DSSCs. Therefore, sample B showed a high current density(JSC, 12.88 mA/cm2) and excellent power conversion efficiency(PCE, 5.33 %) than those of conventional CNFs(12.00 mA/cm2, 3.78 %). This result can be explained by combined effects of the increased contact area between the electrode and elecytolyte caused by improved porosity and the increased conductivity caused by the formation of a high degree of graphitization. Thus, the Co-GPCNFs may be used as a promising alternative of Pt-free counter electrode in DSSCs.

이온교환막이 결합된 축전식 탈염공정(Membrane capacitive deionization, MCDI)을 진행하기 위하여 양이온고분자로는 Sulfonated PPO(Poly(2,6-dimethyl-1.4-phenyl oxide)를 사용하였으며 음이온고분자로써 Aminated Polysulfone을 제조하여 전극 표면에 직접 코팅하여 사용하였다. 코팅여부는 SEM 사진을 통하여 확인하였으며, 성능을 알아보기 위하여 흡/탈착실험을 진행하였다. 유속(15, 25, 30 ml./min), 흡착시간(2, 3, 5, 7 min), 유입수의 농도(100, 200, 300, 500ppm)를 변화시켰는데 그 결과 유속은 느릴수록, 흡착시간은 길어질수록, 유입수의 농도가 낮을수록 염 제거 효율이 높게 나타났다.

Capacitive deionization (CDI) is one of the attractive environmentally-friendly technologies for desalting applications. It consumes relatively small energy for operation and does not produce any secondary wastes for a re-use. In this work, we have successfully prepared both anion and cation exchange ionomer coating solutions using engineering polymers as the base materials. The functionalized ionomers were coated on porous carbon electrodes and also utilized as a binder for immobilizing the carbon particles to improve the current and removal efficiencies of CDI process. The ionomers exhibited excellent electrochemical properties of both the low electrical resistance and high ion selectivity. As a result, the desalination performances of the CDI were largely improved by employing the ionomers-carbon composite electrodes.(No. 10047796)

Nitrogen-doped ZnO nanoparticle-carbon nanofiber composites were prepared using electrospinning. As the relative amounts of N-doped ZnO nanoparticles in the composites were controlled to levels of 3.4, 9.6, and 13.8 wt%, the morphological, structural, and chemical properties of the composites were characterized by means of field-emission scanning electron microscopy (FESEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). In particular, the carbon nanofiber composites containing 13.8 wt% N-doped ZnO nanoparticles exhibited superior catalytic properties, making them suitable for use as counter electrodes in dye-sensitized solar cells (DSSCs). This result can be attributed to the enhanced surface roughness of the composites, which offers sites for I3- ion reductions and the formation of Zn3N2 phases that facilitate electron transfer. Therefore, DSSCs fabricated with 13.8 wt% N-doped ZnO nanoparticle-carbon nanofiber composites showed high current density (16.3mA/cm2), high fill factor (57.8%), and excellent power-conversion efficiency (6.69%); at the same time, these DSSCs displayed power-conversion efficiency almost identical to that of DSSCs fabricated with a pure Pt counter electrode (6.57%).