• Korean Journal of Materials Research
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• v.11 no.5
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• pp.339-344
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• 2001

An all solid-state thin film supercapacitor (TFSC) with Co$_3$O$_4$/LiPON/Co$_3$O$_4$ structure was fabricated on Pt/Ti/Si substrate using Co$_3$O$_4$ thin film electrode. Each Co$_3$O$_4$ film was grown by reactive dc reactive magnetron sputtering with increasing $O_2$/[Ar+O$_2$] ratio. Amorphous LiPON electrolyte film was deposited on Co$_3$O$_4$/Pt/Ti/Si in pure nitrogen ambient by using reactive rf magnetron sputtering. The electrochemical behavior of the Co$_3$O$_4$/LiPON/Co$_3$O$_4$ multi-layer structures exhibits a behavior of a bulk-type supercapacitor, even though much lower capacity (from 5 to 25 mF/$\textrm{cm}^2$-$\mu\textrm{m}$) than that of the bulk one. It was found that the TFSC showed a fairly constant discharge capacity with a constant current of 50 $\mu\textrm{A}/\textrm{cm}^2$ at the cut-off voltage 0-2V during 400 cycles. It is shown that the electrochemical behavior of the Co$_3$O$_4$/LiPON/Co$_3$O$_4$ TFSC is dependent upon the sputtering gas ratio. The capacity dependency of electrode films on different gas ratios was explained by different structural, electrical, and surfacical properties.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2001.05a
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• pp.50-50
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• 2001

• Korean Journal of Materials Research
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• v.11 no.8
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• pp.671-678
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• 2001

All solid-state thin film micro supercapacitor, which consists of $RuO_2$/LiPON/$RuO_2$ multi layer structure, was fabricated on Pt/Ti/Si substrate using a $RuO_2$ electrode. Bottom $RuO_2$ electrode was grown by dc reactive sputtering system with increasing $O_2/[Ar+O_2]$ ratio at room temperature, and a LiPON electrolyte film was subsequently deposited on the bottom $RuO_2$ electrode at pure nitrogen ambient by rf reactive sputtering system. Room temperature charge-discharge measurements based on a symmetric $RuO_2$/LiPON/$RuO_2$ structure clearly demonstrates the cyclibility dependence on the microstructure of the $RuO_2$ electrode. Using both glancing angle x-ray diffraction (GXRD) and transmission electron microscopy (TEM) analysis, it was found that the microstructure of the $RuO_2$ electrode was dependent on the oxygen flow ratio. In addition, x- ray photoelectron spectroscopy(XPS) examination shows that the Ru-O binding energy is affected by increasing oxygen flow ratio. Furthermore, TEM and AES depth profile analysis after cycling demonstrates that the interface layer formed by interfacial reaction between LiPON and $RuO_2$ act as a main factor in the degradation of the cyclibility of the thin film micro-supercapacitor.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2001.05a
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• pp.58-58
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• 2001

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2000.07a
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• pp.920-923
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• 2000

All solid-state thin film supercapacitor(TFSC) based on $RuO_2$ electrode was fabricated. Ruthenium oxide$(RuO_2)$ thin film was deposited on Pt/Ti/Si subsrate by d.c. magnetron sputtering. LiPON(lithium phosphorus oxynitride) thin film were deposited by r.f. reactive sputtering. X-ray diffraction patterns of $RuO_2$ and LiPON films revealed that crystal structures of both films were amorphous. To decrease resistivity of $RuO_2$ thin film, $RuO_2$ thin film was deposited with $H_2O$ vapor. In order to decide the maximum ionic conductivity, the LiPON films were prepared by various sputtering condition. The maximum ionic conductivity was $9.5\times{10}^7S/cm$. A charge-discharge measurements showed the capacity of $3\times{10-2}\;F/cm^2-\mu{m}$ for the as-fabricated TFSC. The discharging efficiency was decreased after 500 cycles by 40 %.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.697-698
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• 2013

최근에 유연한 성질을 갖는 전자기기들의 수요가 증가하면서, 그에 따라서 유연 전자기기를 뒷받침 해줄 수 있는 에너지 저장체의 유연한 성질도 중요성이 점점 부각되고 있으며 많은 연구가 진행되고 있다. 유연한 에너지 저장체의 많은 연구들이 유연한 금속 박막이나 특수 공정처리가 필요한 고분자를 이용하고 있으나, 대부분의 유연 에너지 소자들은 에너지 저장체의 성능에 비해 고온과 산 약품과 같은 환경이 필요하며, 비용과 시간이 많이 소모되고 있다. 그에 반해 섬유는 앞에서와 같이 특수 공정 처리가 따로 필요하지 않으며 상온에서도 손 쉽게 이용 가능하며, 신축성이 뛰어난 장점이 있기 때문에 효율적, 비용적으로 유연한 에너지 저장체에 유리한 소재이다. 몸에 해로운 산과 같은 약품처리의 필요도 없으며, 용매를 흡수하는 능력이 뛰어나기 때문에 용매를 이용한 도포 방법을 사용하면 다양한 물질을 폭넓게 적용 가능하다. 그리고 적용 분야에 맞춰서 섬유의 종류를 조절하면 다양한 성질을 갖는 천 기반의 에너지 저장체가 형성되며, 면 섬유가 수소 결합과 높은 반데르 발스 결합에 의해 탄소나노튜브와 결합하여 높은 에너지 밀도를 갖는 에너지 저장체를 형성하는 것을 분석한 논문들도 보고되고 있다. 면 섬유의 특수한 성질을 이용하여 에너지 저장체를 제작하고 이를 확인하기 위해서 일반 합성 섬유인 polyester와 면 섬유를 비교 제작하였으며, 용매의 형태로 손쉽게 도포 가능한 물질은 탄소 계열의 활물질들이며, 탄소 나노 튜브나 그래핀 등이 분산된 용액을 이용해 천에 도포 가능하다. 탄소 계열의 활물질들은 대표적인 슈퍼캐패시터 물질이며, 천에 도포를 함으로써 천 기반의 슈퍼캐패시터를 제작하였다. 일반 합성 섬유 polyester와 CNT를 결합한 형태의 전극은 최대 에너지 축전 용량(Maximum specific capacitance)이 53.6 F/g으로 나타났으며, 면 섬유와 CNT를 결합한 형태의 전극은 최대 에너지 축전 용량이 122.1 F/g으로 나타났다. 따라서 면 섬유에서 높은 에너지 저장 능력을 보이는 것을 실험적으로 확인하였으며, 에너지 저장 능력이 뛰어난 면 섬유를 다음 전극 디자인에서도 일률적으로 적용하였다. 슈도캐패시터의 대표적 물질인 금속 산화물인 망간 산화물(MnO2)을 3전극 도금 시스템을 이용하여 에너지 축전 용량과 에너지 밀도를 올리는 전극을 제작하였다. 특히 망간 산화물의 형태는 표면적을 극대화하기 위해서 평균 지름은 200~300 nm 정도 되는 나노 입자의 형태로 제작하였다. 그 결과, 확연하게 에너지 축전 용량이 향상되었으며, 최대 에너지 축전 용량은 282.0 F/g, 에너지전력 밀도는 14.2 Wh/kg으로 나타나서 금속 산화물의 형태가 주는 효과를 확인할 수 있었다. 하지만 나노 입자의 형태로 제작된 금속 산화물은 문제점이 발생하였다. 금속 산화물의 전기 전도성이 매우 낮기 때문에, 전기 전도성에 비례해서 전력 밀도의 값이 표현되는데, 전기 전도성이 급격히 감소하기 때문에 전력 밀도도 급격한 감소가 나타난다. 다음과 같이 전기 전도성 물질을 첨가하는 방법은 추가의 공정이 필요한 단점이 있지만 오직 기계적인 인장응력만을 가해서 에너지 밀도와 전력 밀도를 증가시키는 전극을 제작하였다. 인장응력을 섬유 기반의 전극에 가했을 시에 가닥들간의 접촉 증가와 CNT가 정렬되면서 특정 변형률(strain) 이전에서는 전기 전도성이 최대 50% 이상 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 선행 연구에서 보고되었다. 이를 이용해서 전기 전도성과 직결되는 전력 밀도의 양도 증가시키고 에너지 밀도의 증가 여부까지 확인한 결과 인장을 가하기 전 면 섬유의 전력 밀도와 에너지 밀도는 6.4 kW/kg and 6.1 Wh/kg으로 나타났으나 30% 변형 인장 후에는11.4 kW/kg과 7.1 Wh/kg으로 나타났다. 그리고 망간 산화물을 첨가한 전극 역시 4.9 kW/kg과 14.2 Wh/kg으로 나타났었으나 인장 이후 전력 밀도는 14.2 kW/kg, 에너지 밀도는 17.6 Wh/kg으로 확연하게 증가한 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.4-4
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• 2008

소형화, 고신뢰성 그리고 고안정성을 갖는 차세대 전자, 통신용 및 의료용 전자 소자에 대한 요구의 증대에 따라 이의 개발이 가속화되고 있다. 이러한 개발에 있어서 핵심적 문제의 하나는 소자 구동을 위한 초소형 고출력 동력원의 개발이다. 이러한 요구 조건에 가장 잘 부합되는 초소형 동력원은 재료공학, 박-후막 공정 및 전기화학기술을 도입하여 제작되는 박막 전지이다. 박막 전지 기술은 재료공학기술, 나노 고정 기술, 박-후막제조기술, 전기화학기술, 마이크로공정기술, 반도체기술 및 집적화를 위한 시스템화 기술을 종합해야하는 기술로 전기, 전자 분야의 급속한 발전과 함께 진행되고 있는 통신, 전자기기 및 의료기기의 초소형화를 가능하게 하는 특징을 가지고 있다. 이 기술은 이차전지(또는 경우에 따라서는 박막형 슈퍼캐패시터와 하이브리드화) 등을 효과적으로 소형, 고출력 및 고안정화하는 기술이 핵심이며 박-후막형 전지의 최적 구동을 위한 시스템 및 나노 재료 기술에 의해서 구현되는 신 개념의 마이크로 파워 소스이다. 이번 발표에서는 박막 전지의 개발 배경과 몇 가지의 기술적 접근의 예를 제시하고자 한다. 특히 최근에는 박막 전지의 개발은 재료, 공정(후-박막 기술) 및 평가 기술 분야에 서의 기여가 매우 중요하다는 것을 인식하게 되었으며 이러한 과정에서 박막 전지의 개발은 기술적인 면에서 단순히 특정 단일 분야의 주도가 아닌 기술간 융합적 접근(예를 들어 재료와 반도체 공정 또는 이온 재료와 전자 재료 간의 융합)의 필요성이 매우 높아지고 있음을 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2000.11a
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• pp.575-578
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• 2000

In this work, all solid-state thin film supercapacitor(TFSC) was fabricated using tungsten trioxide (WO$_3$) with a structure WO$_3$/LiPON/WO$_3$/Pt/TiO$_2$/Si (substrate). After TiO$_2$ was deposited on Si(100) wafer by d.c. reactive sputtering, the Pt current collector films were grown on TiO$_2$glue layer without breaking vacuum by d.c. sputtering. Fabrication conditions of WO$_3$ thin film were such that substrate temperature, working pressure, gas ratio of $O_2$/Ar and r.f. power were room temperature, 5 mTorr, 20% (O$_2$(8sccm)/Ar(32sccm)) and 200W, respectively. LiPON electrolyte film were grown on the WO$_3$ film using r.f. magnetron sputtering at room temperature. The XRD pattern of the as-deposited WO$_3$ thin film were shown no crystalline peak (amorphous). The SEM image of as-deposited WO$_3$ thin film showed that the surface is smooth and uniform. The capacitiy of as-fabricated TFSC was 0$\times$10$^{-2}$ F/$\textrm{cm}^2$-${\mu}{\textrm}{m}$.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• v.1 no.1
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• pp.175-180
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• 2015

A facile soft chemical synthesis route is used to grow nano-buds of copper hydroxide [$Cu(OH)_2$] thin films on stainless steel substrate[SS]. Besides different chemical methods for synthesis of $Cu(OH)_2$ nanostructure, the chemical bath deposition (CBD) is attractive for its simplicity and environment friendly condition. The structural, morphological, and electro-chemical properties of $Cu(OH)_2$ thin films are studied by means of X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), field emission scanning electron microscopy (FESEM), cyclic voltammetry (CV) and galvanostatic charge-discharge (GCD) measurement techniques. The results showed that, facile chemical synthesis route allows to form the polycrystalline, granular nano-buds of $Cu(OH)_2$ thin films. The electrochemical properties of $Cu(OH)_2$ thin films are studied in an aqueous 1 M KOH electrolyte using cyclic voltammetry. The sample exhibited supercapacitive behavior with $340Fg^{-1}$ specific capacitance. Moreover, electrochemical capacitive measurements of $Cu(OH)_2/SS$ electrode exhibit a high specific energy and power density about ${\sim}83Wh\;kg^{-1}$ and ${\sim}3.1kW\;kg^{-1}$, respectively, at $1mA\;cm^{-2}$ current density. The superior electrochemical properties of copper hydroxide ($Cu(OH)_2/SS$) electrode with nano-buds like structure mutually improves pseudocapacitive performance. This work evokes scalable chemical synthesis with the enhanced supercapacitive performance of $Cu(OH)_2/SS$ electrode in energy storage devices.