• Korean Chemical Engineering Research
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• 제58권1호
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• pp.135-141
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• 2020

그래핀은 슈퍼커패시터의 전극소재로서 이상적인 물리적/화학적 물성을 지니고 있지만, 실제 장치에 적용하기에는 그 전기화학적 성능이 충분하지 못하다. 본 연구에서는 높은 전기 전도성 및 고다공성을 지닌 다층구조의 그래핀을 생성하기 위해, 산화 그래핀을 가정용 레이저 조각기를 사용하여 환원하였다. 제작된 그래핀의 비정전용량을 향상시키기 위하여, 원자층 단위 증착법을 이용하여 의사커패시터 거동을 나타내는 VO_x를 균일하게 증착하였다. 이는 XPS 분석을 통해 VO_x/그래핀 복합체에서 다양한 상의 VO_x를 관찰하였다. VO_x/그래핀 복합체는 VO_x가 없는 그래핀(~50 F/g)과 비교할 때 상당히 향상된 비정전용량(~189 F/g)을 보였다. 본 연구에서 소개한 에너지 저장 장치에 사용되는 그래핀 기반 전극의 제작 방법은 여러가지 제작 방법의 대안책 중 하나로 사용될 것으로 기대된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권2호
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• pp.157-162
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• 2016

다공성 $Co(OH)_2$ 나노플레이크 박막은 전위제어 전착법을 이용하여 티타늄 메쉬에 여러 전착전위(-0.75, -1.0, -1.2 및 -1.4 V)에서 전착하여 슈퍼커패시터에 이용하였다. 티타늄 메쉬에 전착된 $Co(OH)_2$ 나노플레이크 박막의 두께 및 전착량은 전착전위의 제어에 의해 결정되었고 -1.4 V에서 전착한 $Co(OH)_2$ 나노플레이크 박막의 두께는 약 $34{\mu}m$로 가장 두껍게 전착되었으며 전착량은 17.2 g이다. 전착전위 -0.75, -1.0, -1.2 및 -1.4 V에서 전착한 경우 초기 방전용량은 각각 226, 370, 720 그리고 $1,008mF\;cm^{-2}$으로 나타났고 1,000 사이클 후 각각 206, 349, 586 그리고 $866mF\;cm^{-2}$으로 나타났다. 또한 이들의 용량유지율은 각각 91, 94, 81 및 86%로 나타났다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.404-404
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• 2012

저차원계 탄소 동소체는 특유의 구조에서 기인하는 우수한 물리적 성질로 인해 각광받고 있는 물질이다. 탄소원자가 육각형 격자 모양을 지닌 2차원계 물질인 그래핀(graphene)은 뛰어난 전기적, 물리적, 광학적 성질로 인해 전계효과 트랜지스터(field effect transistors), 투명전극(transparent electrodes), 에너지 저장체, 복합체, 화학/바이오 센서 등 다양한 분야에서 활용을 위한 연구가 진행되고 있다. 또한 그래핀이 튜브형태로 말려있는 1차원계 물질인 탄소나노튜브(carbon nanotube)의 전기적, 열적, 기계적 성질은 이를 전계방출 디스플레이(field emission display), 전도성 플라스틱, 가스 저장체, 슈퍼 커패시터 등에 적용가능하게 한다. 최근 2차원계 물질인 그래핀과 1차원계 물질인 탄소나노튜브의 장점을 극대화하기 위한 복합 나노 구조에 대한 다양한 연구가 진행되고 있는 추세이다[1-5]. 본 연구에서 그래핀-탄소나노튜브 혼성 구조의 제작은 다음과 같이 진행되었다. 우선 열 화학기상증착법(thermal chemical vapor deposition)을 이용하여 그래핀을 합성하였다. 합성된 그래핀은 메타크릴산메탈 수지(polymetylmethacrylate; PMMA)를 이용한 전사(transfer)방법을 이용하여 원하는 기판에 위치시키고, 직류 마그네트론 스퍼터링(DC magnetron sputtering)을 이용하여 탄소나노튜브의 합성을 위한 촉매층을 증착하였다. 이후 열 화학기상증착법을 이용하여 그래핀 위에 탄소나노튜브를 합성함으로써 그래핀-탄소나노튜브 혼성 구조를 제작하였다. 합성된 그래핀-탄소나노튜브의 구조적 특징은 주사 전자 현미경(scanning electron microscopy)을 통해 확인하였고, 촉매의 표면 형상 및 화학적 상태는 원자힘 현미경(atomic force microscopy)과 X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy)을 통해 확인하였다. 또한 제작된 그래핀-탄소나노튜브의 전기적 특성 측정을 통해 나노전자소자로의 응용가능성을 조사하였다.

• 공업화학
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• 제27권4호
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• pp.439-443
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• 2016

본 연구에서는 $MnO_2$ 나노입자들이 기능화된 그래핀에 증착된 나노복합체를 제조하고 이의 우수한 전기화학적 특성을 순환전압전류법, 정전류 충전-방전법 및 임피던스 분석을 통하여 증명하였다. 환원된 그래핀 산화물의 표면 개질을 위하여 이온성 액체를 도입함으로써, 그래핀 시트들 간의 뭉침현상을 제어하고 $MnO_2$ 나노입자들의 성장부위를 제공하였다. 상기 제조된 $MnO_2/RGO$ 나노복합체는 전자주사현미경, 투과전자현미경, X선 광전자 분광기, X선 회절기를 사용하여 분석하였다. $MnO_2/RGO$ 전극의 전기화학적 특성은 $Na_2SO_4$ 전해액을 사용하여 3상 전극 시스템 하에서 분석실시하였다. $MnO_2/RGO$ 전극은 높은 비정전용량(251 F/g), 고속 충방전(80.5% 용량 유지율) 및 장수명 특성(93.6% 용량 유지율)을 나타내었다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제31권2호
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• pp.102-106
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• 2018

Recently, there has been an increasing interest in the use of graphene as electrode materials for supercapacitors. In this regard, graphene oxide (GO) films were prepared using GO slurry obtained by dispersing GO powder in deionized (DI) water. The degree of dispersion of GO powder in DI water depends on the concentration of GO slurry, pH, impurity content, GO particle size, types of functional groups contained in GO, and manufacturing method of GO powder. In this study, the dispersivity of the GO powder was improved by adjusting the pH using only DI water (without additives), and a uniform GO film was obtained. The GO film was reduced by exposure to xenon intense pulsed light for a few milliseconds, and the reduced GO film was used as electrodes of a supercapacitor. The supercapacitor was characterized using cyclic voltammetry (CV), charge-discharge cycle, and electrochemical impedance spectroscopy measurements, and the specific capacitance of the supercapacitor was found to be ~140 F/g from the CV data.

• 한국재료학회지
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• 제29권12호
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• pp.774-780
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• 2019

The performance of Li-ion hybrid supercapacitors (asymmetric-type) depends on many factors such as the capacity ratio, material properties, cell designs and operating conditions. Among these, in consideration of balanced electrochemical reactions, the capacity ratio of the negative (anode) to positive (cathode) electrode is one of the most important factors to design the Li-ion hybrid supercapacitors for high energy storing performance. We assemble Li-ion hybrid supercapacitors using activated carbon (AC) as anode material, lithium manganese oxide as cathode material, and organic electrolyte (1 mol L^-1 LiPF₆ in acetonitrile). At this point, the thickness of the anode electrode is controlled at 160, 200, and 240 ㎛. Also, thickness of cathode electrode is fixed at 60 ㎛. Then, the effect of negative and positive electrode ratio on the electrochemical performance of AC/LiMn₂O₄ Li-ion hybrid supercapacitors is investigated, especially in the terms of capacity and cyclability at high current density. In this study, we demonstrate the relationship of capacity ratio between anode and cathode electrode, and the excellent electrochemical performance of AC/LiMn₂O₄ Li-ion hybrid supercapacitors. The remarkable capability of these materials proves that manipulation of the capacity ratio is a promising technology for high-performance Li-ion hybrid supercapacitors.

• 한국입자에어로졸학회지
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• 제14권3호
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• pp.65-72
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• 2018

Core-shell structured $Fe_3O_4/graphene$ composites were synthesized by aerosol spray drying process from a colloidal mixture of graphene oxides and $Fe_3O_4$ nanoparticles. The structural and electrochemical performance of $Fe_3O_4/graphene$ were characterized by the field-emission scanning electron microscopy, X-ray diffraction, Raman spectroscopy, cyclic voltammetry, and galvanometric discharge-charge method. Core-shell structured $Fe_3O_4/GR$ composites were synthesized in different mass ratios of $Fe_3O_4$ and graphene oxide. The composite particles were around $3{\mu}m$ in size. $Fe_3O_4$ nanoparticles were encapsulated with a graphene. Morphology of the $Fe_3O_4/graphene$ composite particles changed from a spherical ball having a relatively smooth surface to a porous crumpled paper ball as the content of GO increased in the composites. The $Fe_3O_4/GR$ composite fabricated at the weight ratio of 1:4 ($Fe_3O_4:GO$) exhibited higher specific capacitance($203F\;g^{-1}$) and electrical conductivity than as-fabricated $Fe_3O_4/GR$ composite.

• 전기학회논문지
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• 제65권1호
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• pp.97-102
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• 2016

In this paper, a bidirectional power supply charger is proposed. This system used a solar cell panel to generate electricity and used super capacitors to store these energies, which can be used for the robot cleaner or some other electronic products. This system include a phase-shift controlled bidirectional dual active bridge (DAB) converter, solar panel super capacitors and DSP controller. In the daytime it can charge to the super capacitors to store the energy generated by the solar cell panel and in the night it will release the energy stored in the super capacitors to loads. A prototype of the proposed bidirectional power supply charger system was designed which can achieve 18V to 30V input, 10V/20W output to super capacitors and 9V/6.5W output when it acts as a charger for the robot cleaner. The system is verified to be sTable and reliable by both the simulation and experimental results.

• Composites Research
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• 제29권4호
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• pp.151-155
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• 2016

그래핀은 저차원 구조에서 기인하는 우수한 특성으로 인해 슈퍼커패시터의 전극소재로 응용이 가능한 소재이다. 본 연구에서는 2차원 구조인 그래핀의 비 표면적 향상을 위해 다공성 니켈 나노구조체 표면에 열 화학기상증착법과 마이크로웨이브 플라즈마 화학기상증착법을 이용하여 3차원의 그래핀을 합성하였다. 주사전자현미경, 라만 분광법, X-선 광전자 분광법을 통해 합성된 그래핀의 구조적, 화학적 특성을 분석한 결과, 3차원 구조의 우수한 결정성을 지니는 다중층 그래핀이 다양한 기판 위에 합성된 것을 확인할 수 있었다.

• 한국입자에어로졸학회지
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• 제12권4호
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• pp.127-134
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• 2016

A multiwall carbon nanotube (MWCNT)/graphene (GR) composite was synthesized for an enhanced supercapacitor. Aerosol spray pyrolysis (ASP) was employed to synthesize the MWCNT/GR composites using a colloidal mixture of MWCNT and graphene oxide (GO). The effect of the weight ratio of the MWCNT/GO on the particle properties including the morphology and layered structure were investigated. The morphology of MWCNT/GR composites was generally the shape of a crumpled paper ball, and the average composite size was about $5{\mu}m$. MWCNT were uniformly dispersed in GR sheets and the MWCNT not only increase the basal spacing but also bridge the defects for electron transfer between GR sheets. Thus, it was increasing electrolyte/electrode contact area and facilitating transportation of electrolyte ion and electron in the electrode. Electrochemical data demonstrate that the MWCNT/GR (weight ratio=0.1) composite possesses a specific capacitance of 192 F/g at 0.1 A/g and good rate capability (88% capacity retention at 4 A/g) using two-electrode testing system.