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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 정영규
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 충남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수4
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최근 수년 동안 에너지저장장치 시장이 확대되면서 차세대 에너지저장장치소재에 관한 관심과 수요가 증가 하고 있습니다. 이에 발맞춰, 저는 석사과정 동안 높은 출력 밀도와 우수한 cycle 안정성을 나타내며 높은 에너지 밀도를 갖는 슈퍼커패시터 전극 소재에 관한 연구를 진행하였습니다.
방향족 폴리아마이드계 고분자를 폴리비닐피롤리돈 (PVP)과 유기용매인 DMF에 용해시킨 후, 전기방사 방법을 이용하여 제조된 나노섬유를 탄화시켜 전극 소재를 제조하였습니다. 하지만 기존의 리튬이온전지와 비교하여 낮은 에너지 밀도를 나타내었습니다.
이를 보완하기 위해 높은 specific capacitance와 전기전도도를 나타내는 2D 구조의 유망한 전이금속 화합물인 ‘MXene’과 복합하여 에너지 밀도를 향상시키고자 하였습니다. ‘MXene’은 Titanium aluminum carbide 형태에서 직접 aluminum을 선택적으로 etching시켜 제조하였습니다. 앞서 제조된 PEA/PVP 기반 나노섬유를 MXene 수용액에 Dip-coating하는 손쉬운 방법으로 MXene/Poly(ether amide)-derived hybrid carbon nanofiber를 제조하였습니다. 구조 분석을 한 결과, ‘MXene’ 나노시트가 탄소 나노섬유 사이에 균일하게 분산되어 있었습니다. 열 안정성을 측정한 결과 ‘MXene’ 나노시트와 복합한 탄소나노섬유는 우수한 열안정성의 MXene이 barrier 역할을 하여, 높은 열안정성을 나타낼 수 있었습니다. 또한, 전기전도성과 전기화학적 특성을 측정한 결과, MXene이 나노섬유 표면에 3D-network 구조를 형성하여 높은 전기전도성을 나타내었습니다. 더불어, MXene 나노시트가 전해질 내에서 이온의 이동을 원활하게 하여 높은 specific capacitance와 에너지 밀도를 나타낼 수 있었습니다. 결과적으로 기존의 탄소나노섬유들과 비교하여 2~3배 높은 에너지 밀도를 갖는 슈퍼커패시터 전극 소재를 제조할 수 있었습니다.
방향족 폴리아마이드계 고분자를 폴리비닐피롤리돈 (PVP)과 유기용매인 DMF에 용해시킨 후, 전기방사 방법을 이용하여 제조된 나노섬유를 탄화시켜 전극 소재를 제조하였습니다. 하지만 기존의 리튬이온전지와 비교하여 낮은 에너지 밀도를 나타내었습니다.
이를 보완하기 위해 높은 specific capacitance와 전기전도도를 나타내는 2D 구조의 유망한 전이금속 화합물인 ‘MXene’과 복합하여 에너지 밀도를 향상시키고자 하였습니다. ‘MXene’은 Titanium aluminum carbide 형태에서 직접 aluminum을 선택적으로 etching시켜 제조하였습니다. 앞서 제조된 PEA/PVP 기반 나노섬유를 MXene 수용액에 Dip-coating하는 손쉬운 방법으로 MXene/Poly(ether amide)-derived hybrid carbon nanofiber를 제조하였습니다. 구조 분석을 한 결과, ‘MXene’ 나노시트가 탄소 나노섬유 사이에 균일하게 분산되어 있었습니다. 열 안정성을 측정한 결과 ‘MXene’ 나노시트와 복합한 탄소나노섬유는 우수한 열안정성의 MXene이 barrier 역할을 하여, 높은 열안정성을 나타낼 수 있었습니다. 또한, 전기전도성과 전기화학적 특성을 측정한 결과, MXene이 나노섬유 표면에 3D-network 구조를 형성하여 높은 전기전도성을 나타내었습니다. 더불어, MXene 나노시트가 전해질 내에서 이온의 이동을 원활하게 하여 높은 specific capacitance와 에너지 밀도를 나타낼 수 있었습니다. 결과적으로 기존의 탄소나노섬유들과 비교하여 2~3배 높은 에너지 밀도를 갖는 슈퍼커패시터 전극 소재를 제조할 수 있었습니다.
목차
Table of ContentsLIST OF TABLES IIILIST OF SCHEMES AND FIGURES VCHAPTER 1INTRODUCTION1.1. Poly(ether amide) 91.2. Carbon materials and electrospinning 101.3. MXene 121.4. Supercapacitor 121.5. Objectives of the research 13CHAPTER 2EXPERIMENTAL2.1. Materials 152.2. Synthesis of poly(ether amide) 152.3. Preparation of PEA/PVP derived carbon nanofiber 182.4. Preparation of PEA/MXene hybrid carbon nanofiber 192.5. Synthesis of Ti3C2Tx nanosheets 202.6. Preparation of MXene nanosheets-coated hollow carbon nanofiber 202.7. Characterization 21CHAPTER 3RESULT AND DISCCUSION3.1. Characterization of aromatic poly (ether amide)s 243.2. Properties of poly(ether amide)-based electrode materials 343.2.1. Characterization and electrochemical properties of PEA-based carbon nanofibers 343.2.2. Characterization and electrochemical properties of PEA/MXene hybrid carbon nanofibers 483.2.3. Characterization and electrochemical properties of MXene nanosheets-coated hollow carbon nanofiber 60CHAPTER 4CONCLUSIONS 71REFERENCE 74
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