Characterization of manganese oxide supercapacitors using carbon cloth

Carbon Cloth을 이용한 이산화망간 슈퍼커패시터 특성 연구

Global energy consumption is rapidly increasing yearly due to drastic industrial advances, requiring the development of new energy storage devices. For this reason, supercapacitors with fast charge-discharge, long life cycle and high power density is getting attention, and have been considered as one of the potential energy storage systems. In this research, we developed a supercapacitor that consists of amorphous manganese oxide($MnO_2$) electrodes deposited onto carbon cloth substrates using the hydrothermal method. The Fe-doped amorphous $MnO_2$ samples were characterized by X-ray diffraction(XRD), Energy Dispersive X-ray spectroscopy(EDX), as well as scanning electron microscopy(SEM). The electrochemical analysis of the prepared samples were performed using cyclic voltammetry and galvanostatic charge-discharge measurements in 1M $Na_2SO_4$ electrolyte. The test results demonstrate that the supercapacitor based on the Fe-doped amorphous $MnO_2$ electrodes has a specific capacitance as high as 163F/g at 1A/g current density, and good cycling stability of 87.34% capacitance retention up to 1000 cycles.

산업화의 급격한 진전으로 인한 에너지 소비가 세계적으로 증가되면서 새로운 에너지 저장 소자에 대한 개발의 필요성이 늘고 있으며, 이에 빠른 충 방전 시간과 반영구적으로 사용이 가능한 슈퍼커패시터에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 수열반응(Hydrothermal) 제조법을 이용하여 기판인 탄소섬유(carbon cloth)에 비정질의 이산화망간($MnO_2$)을 도포하여 슈퍼커패시터를 제작하였다. 탄소섬유에 Fe 이온이 도핑 된 이산화망간을 결합한 전극으로 이루어진 슈퍼커패시터의 특성 파악을 위해 전기주사현미경(SEM), X-ray 회절분석(XRD), 그리고 X-ray 분광 분석(EDX)을 실시하였다. 또한, 1 M의 $Na_2SO_4$ 전해질에서 순환전압전류법(Cyclic Voltammetry)과 정전류충전법(Galvanostatic charge-discharge)을 통해 슈퍼커패시터의 전기화학적 특성을 조사하였으며, 이를 통해 전류밀도 1 A/g에서 정전용량이 163 F/g 임을, 그리고 1000 회의 충 방전 후 수명 측정 시에 안정적으로 87.34%가 유지됨을 확인하였다.