본 연구에서는 유기계 산화 방지제인 가려진 페놀이 그래프팅된 산화 그래핀(hindered phenol-grafted graphene oxide, HP-GO)을 합성하였고, 이를 도입한 나피온(Nafion) 기반의 복합 막을 제조하여 고분자 전해질 막 연료전지에 응용하 였다. HP-GO는 3,5-디-tert-뷰틸-4-히드록시페닐프로피오닐 클로라이드에 존재하는 염화 카보닐기(carbonyl chloride)와 GO에 존재하는 히드록시간의 치환 반응을 통해 합성되었으며, 합성된 HP-GO를 고분자 기지체 대비 0.01~0.5 wt%까지 포함하는 복합 막을 제조하여 순수 Nafion과의 물성 차이를 비교하였다. 특정 함량의 HP-GO가 첨가된 복합 막은 순수 Nafion에 비해 우수한 인장강도와 수분 흡수율 및 치수안정성을 나타내었다. 특히 HP-GO의 산화 방지 특성으로 인해 HP-GO가 첨가된 복 합 막은 장시간의 펜톤 평가(Fenton’s test) 이후 순수 Nafion 대비 높은 산화 안정성을 나타내었다. 또한 HP-GO에 의한 향상 된 수분 흡수율에 의해 복합 막은 전 습도 구간에서 순수 Nafion 대비 우수한 수소 이온 전도도를 나타내었다.

Abstract In this study, we investigated that the activated carbon (AC)-based supercapacitor and introduced SIFSIX-3-Ni as a porous conducting additive to increase its electrochemical performances of AC/SIFSIX-3-Ni composite-based supercapacitor. The AC/SIFSIX-3-Ni composites are coated onto the aluminum substrate using the doctor blade method and conducted an ion-gel electrolyte to produce a symmetrical supercapacitor. The electrochemical properties of the AC/SIFSIX-3-Ni composite-based supercapacitor are evaluated through cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and galvanostatic charge/discharge tests (GCD). The AC/SIFSIX-3-Ni composite-based supercapacitor showed reasonable capacitive behavior in various electrochemical measurements, including CV, EIS, and GCD. The highest specific capacitance of the AC/SIFSIX-3-Ni composite-based supercapacitor was 129 F g−1 at 20 mV s−1.

The effects of the mixing of an active material and a conductive additive on the electrochemical performance of an electric double layer capacitor (EDLC) electrode were investigated. Coin-type EDLC cells with an organic electrolyte were fabricated using the electrode samples with different ball-milling times for the mixing of an active material and a conductive additive. The ball-milling time had a strong influence on the electrochemical performance of the EDLC electrode. The homogeneous mixing of the active material and the conductive additive by ball-milling was very important to obtain an efficient EDLC electrode. However, an EDLC electrode with an excessive ball-milling time displayed low electrical conductivity due to the characteristic change of a conductive additive, leading to poor electrochemical performance. The mixing of an active material and a conductive additive played a crucial role in determining the electrochemical performance of EDLC electrode. The optimal ball-milling time contributed to a homogeneous mixing of an active material and a conductive additive, leading to good electrochemical performance of the EDLC electrode.

In this study, we present a more electrochemically enhanced electrode using activated carbon (AC)-sulfur (S) composite materials, which have high current density. The morphological and micro-structure properties were investigated by transmission electron microscopy. Quantity of sulfur was measured by thermogravimetric analysis analysis. The electrochemical behaviors were investigated by cyclic voltammetry. As a trapping carbon structure, AC could provide a porous structure for containing sulfur. We were able to confirm that the AC-S composite electrode had superior electrochemical activity.

연료전지는 석유엔진과 비교하여 높은 전류밀도와 효율성, 그리고 친환경적이기 때문에 21세기 들어 대체 발전시스템으로서 각광받아왔다. 연료전지 시스템에서 고분자 전해질 막은 핵심부품으로써 현재 Nafion막이 연료전지시스템에서 사용 중이지만 높은 제조단가와 고온에서 낮은 전도도를 가지는 단점을 가지고 있다. 그러므로 많은 학자들이 낮은 제조단가, 높은 물리적 특성들을 달성하기 위한 연구를 진행하여 왔으며 연료전지의 상용화와 동시에 고성능의 연료전지의 개발을 위하여 많은 방법들이 개발되어 왔다. 그중, 유무기 복합막은 유기물과 무기물의 물성을 균일하게 조합할 수 있으므로 잠재성을 가지고 있는 제조방법이다. 본고에서는 다양한 무기물이 사용되어 제조된 유무기 복합막의 연구동향에 대하여 조사하였다.

염료감응형 태양전지에 사용되기 위한 유기/무기 복합소재를 합성하였다. 다양한 분자량(400, 600, 1,500, 3,400)의 polyethylene glycol의 양 끝단을 ethoxysilane기로 치환하여 전구체를 제조하였으며, 전구체의 졸-겔 반응을 통하여 복합소재를 합성하였다. 전해질막은 유기/무기 복합소재를 NaI 및 I2로 도핑하여 제조하였으며, 제조한 전해질막의 이온전도 특성을 측정하였다. 전해질막의 이온전도도는 원료로 사용한 PEG에 크게 영향을 받았으며 가장 높은 이온전도도는 분자량 1,500의 PEG를 원료로 사용한 전해질 막에서 볼 수 있었다. 복합전해질막은 전도도에 있어서 큰 향상을 보였다. PEO 전해질막에 비하여 분자량 1,500의 PEC로 제조한 복합전해질막은 월등하게 높은 이온전도도를 보였다.