• Clean Technology
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• v.27 no.4
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• pp.277-290
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• 2021

A supercapacitor, also called an ultracapacitor or an electrochemical capacitor, stores electrochemical energy by the adsorption/desorption of electrolytic ions or a fast and reversible redox reaction at the electrode surface, which is distinct from the chemical reaction of a battery. A supercapacitor features high specific power, high capacitance, almost infinite cyclability (~ 100,000 cycle), short charging time, good stability, low maintenance cost, and fast frequency response. Supercapacitors have been used in electronic devices to meet the requirements of rapid charging/discharging, such as for memory back-up, and uninterruptible power supply (UPS). Also, their use is being extended to transportation and large industry applications that require high power/energy density, such as for electric vehicles and power quality systems of smart grids. In power generation using intermittent power sources such as solar and wind, a supercapacitor is configured in the energy storage system together with a battery to compensate for the relatively slow charging/discharging time of the battery, to contribute to extending the lifecycle of the battery, and to improve the system power quality. This article provides a concise overview of the principles, mechanisms, and classification of energy storage of supercapacitors in accordance with the electrode materials. Also, it provides a review of the status of recent research and patent, product, and market trends in supercapacitor technology. There are many challenges to be solved to meet industrial demands such as for high voltage module technologies, high efficiency charging, safety, performance improvement, and competitive prices.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.254-254
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• 2010

기존의 부유게이트를 이용한 플래시 메모리는 소자의 크기를 줄이는데 한계가 있기 때문에 이를 해결하기 위한 비휘발성 메모리 소자로 CTF가 큰 관심을 받고 있다. CTF 메모리 소자는 기존의 플래쉬 메모리 소자에 비해 쓰고 지우는 속도가 빠르고, 데이터의 저장 기간이 길며, 쓰고 지우는 동작에 의한 전계 스트레스에 잘 견뎌내는 장점을 가지고 있다. 최근 터널 장벽의 두께와 종류를 변화시킨 소자의 전기적 특성을 향상하기 위한 연구들은 많이 있었지만, 터널 장벽의 적층구조 변화에 대한 연구는 비교적 적다. 본 연구에서는 터널 장벽의 적층구조 변화에 따른 CTF 메모리 소자의 프로그램 동작 특성 변화에 대해 관찰하였다. 기존의 단일 산화막 (silicon oxide; O) 대신 산화막과 higk-k 물질인 질화막 (silicon nitride; N)을 조합하여 ON, NON, ONO로 터널 장벽의 여러 가지 적층 구조를 가진 소자를 설계하여 각 소자의 프로그램 동작 특성을 조사하였다. CTF 메모리 소자의 프로그램 동작 특성을 거리와 시간에 따른 연속방정식, Shockley-Read-Hall 유사 트랩 포획 방정식 및 푸아송 방정식을 유한차분법을 사용하여 수치해석으로 분석하였다. WKB 근사를 이용하여 인가된 전계의 크기에 따라 터널링 현상에 의해 트랩층으로 주입하는 전자의 양을 계산하였다. 또한, 터널 장벽의 적층구조 변화에 따른 트랩층의 전도대역과 트랩층 내부에 분포하는 전자의 양을 시간에 따라 계산하였다. 계산 결과에서 터널 장벽의 적층구조 변화가 CTF 메모리 소자의 프로그램 동작 특성에 미치는 영향을 알 수 있었다. 소자의 프로그램 동작 특성을 분석함으로써 CTF 메모리 소자에 적합한 터널 장벽의 구조를 알 수 있었다. 기존의 단일 산화막보다 얇아진 산화막의 두께와 낮은 질화막의 에너지 장벽 높이로 전자의 터널링 현상이 더 쉽게 일어나기 때문에 ON 구조로 터널 장벽을 적층한 CTF 메모리 소자의 프로그램 속도가 가장 빠르게 나타났다. 이러한 결과는 터널 장벽의 구조적 변화가 전자의 터널 효과에 미치는 영향을 이해하고 프로그램 동작 속도가 빠른 CTF 메모리 소자의 최적화에 도움을 줄 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.366-366
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• 2012

무기물 나노입자를 포함한 유기 박막인 나노 복합체를 사용하여 제작한 비휘발성 메모리 소자는 공정의 간단함과 낮은 전력구동이 가능하다는 장점 때문에 차세대 비휘발성 메모리 소자로 각광받고 있다. 다양한 나노입자를 포함한 유기 박막을 사용한 비휘발성 메모리 소자에 대한 연구는 많이 진행되었지만, 코어-쉘 나노입자가 poly (methylmethacrylate) (PMMA) 유기 박막에 분산되어 있는 나노 복합체를 활성층으로 사용하여 제작한 비휘발성 유기 메모리 소자의 전기적 특성과 메모리 메커니즘에 대한 연구는 비교적 미미하다. 본 연구에서는 코어-쉘 나노 입자가 PMMA 박막 안에 분산되어 있는 나노복합체를 사용한 비휘발성 메모리 소자를 제작하여 전기적 특성, 정보 유지력 및 메모리 스위칭 동작에 대하여 관찰 하였다. 소자 제작을 위해 hexane 안에 들어 있는 코어-쉘 나노입자를 Chlorobenzene에 용해되어 있는 PMMA에 넣어 초음파 교반기를 사용하여 나노입자를 고르게 분산하였다. 코어-쉘 나노입자가 PMMA에 고르게 분산 된 용액을 전극으로 사용 할 Indium-tin-oxide가 성장된 glass 위에 스핀코팅을 한 후 열처리를 하여 용매를 제거한 후 코어-쉘 입자가 PMMA에 분산되어 있는 박막을 형성하였다. 코어-쉘 입자가 PMMA에 분산된 나노복합체 위에 Al을 상부전극으로 열 증착하여 비휘발성 메모리 소자를 제작하였다. 제작된 소자의 전류-전압 (I-V) 특성을 측정결과는 특정한 두께에서 낮은 전도도 (ON state)와 높은 전도도 (OFF state)가 존재하는 쌍안정성 특성을 확인하였다. 코어-쉘 나노입자가 포함되지 않은 소자에서는 쌍안정성 특성이 보이지 않아 코어-쉘 나노입자가 비휘발성 메모리 소자의 기억 특성을 나타내는 중요한 저장 매체가 됨을 알 수 있었다. 제작된 메모리 소자의 메모리 동작에 대한 메커니즘 설명은 I-V와 에너지 밴드 구조를 사용하여 설명할 것이다.

• Journal of Power System Engineering
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• v.13 no.3
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• pp.65-71
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• 2009

This paper presents the energy harvesting technique which is carried out by vibration system with a piezoelectric element. In this study, low frequency characteristics of the piezoelectric element bonded to the aluminum cantilever were experimentally investigated. The piezoelectric element of size of $45L{\times}11W{\times}0.6H$ and piezoelectric constant($d_{31}$ ) of $-180{\times}10^{-12}C/N$ was used. The material of cantilever is an aluminum and two kinds of cantilever of which dimensions are (150, 190)$[mm]{\times}13[mm]{\times}1.5[mm]$ were experimented, respectively. The cantilever was fixed on the magnetic type vibrator and the vibrator was operated by power input with a sine wave. The characteristics of requency and mass variation of cantilever end part such as 0, 2.22, 4.34, 5.87, 8.66, 11.01 [g] were investigated. Finally, this paper suggests a method of generating electrical energy with a piezoelectric element using wind, an energy source that is easily applied and from which we can obtain "clean" energy.

• Journal of Energy Engineering
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• v.25 no.2
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• pp.65-78
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• 2016

Initial studies of the photocatalyst has been developed from the field relating to the conversion and storage of solar energy. Recently, the study of the various organic decomposition compound and the water purification and waste water treatment by ultraviolet irradiation in the presence of light or a photocatalyst are being actively investigated. In addition, the oxidized material-carbon nanotubes, graphene-nanocomposites have been studied. Such a complex is suitable as a material constituting the solar cells and photolysis nanoelectronics, including the flexible element due to thermal and chemical stability.

• Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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• 2014.10a
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• pp.585-588
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• 2014

This paper presents a self-powered sensor node circuit using photovoltaic and vibration energy harvesting. The harvested energy from a solar cell and a vibration device(PZT) is stored in a storage capacitor. The stored energy is managed by a PMU(Power Management Unit). In order to supply a stable voltage to the sensor node, an LDO(Low Drop Out Regulator) is used. The LDO drives a temperature sensor and a SAR ADC(Successive Approximate Register Analog-to-Digital Converter), and 10-bit digital output data corresponding to current temperature is obtained. The proposed circuit is designed in a 0.35um CMOS process, and the designed chip size including PADs is $1.1mm{\times}0.95mm$.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2008.06a
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• pp.262-264
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• 2008

DC 전력을 AC 전력으로 변환시키는 인버터의 직류단 캐패시터는 직류단의 안정화, 정전시 필요한 에너지의 저장 등의 목적을 가지고 있다. 큰 사이즈의 직류단 캐패시터는 주로 전해 캐패시터를 사용하는데, 전해 캐패시터는 그 부피가 클 뿐 아니라 수명 또한 여타 반도체 소자에 비하여 짧아 전체 전력변환 시스템의 수명을 단축시킨다. 따라서, 직류단 캐패시터의 크기를 줄이기 위하여 많은 연구가 진행되어왔다. 이 논문에서는 직류단의 전압 안정도를 해치지 않는 최소한의 캐패시터의 크기에 대하여 살펴보고, 그 이하 크기의 캐패시터를 사용할 수 있도록 하는 제어 방법을 제안한다.

• Journal of the Korean Applied Science and Technology
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• v.34 no.2
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• pp.280-288
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• 2017

Nanocarbon base materials such as, graphene and graphene hybrid with high electrochemical performances have great deal of attention to investigate flexible, stretchable display and wearable electronics in order to develop portable and high efficient energy storage devices. Battery, fuel cell and supercapacitor are able to achieve those properties for flexible, stretchable and wearable electronics, especially the supercapacitor is a promise energy storage device due to their remarkable properties including high power and energy density, environment friendly, fast charge-discharge and high stability. In this study, we have fabricated flexible supercapacitor composed of graphene/conductive polymer composite which could improve its electrochemical performance. As a result, specific capacitance value of the flexible supercapacitor (unbent) was $198.5F\;g^{-1}$ which decreased to $128.3F\;g^{-1}$ (65% retention) after $500^{th}$ bending cycle.

• Journal of the Korea Convergence Society
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• v.11 no.7
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• pp.157-162
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• 2020

In recent years, laser induced graphene process have been intensively studied for eco-friendly electronic device such as flexible electronics or thin film based energy storage devices because of its simple and effective process. In order to increase the performance and efficiency of an electronic device using such a graphene patterned structure, it is essential to study an optimized laser patterning condition as small as possible linewidth while maintaining the graphene-specific 2-dimensional characteristics. In this study, we analyzed to find the optimal line pattern by using a Ti:sapphire femtosecond laser based photo-thermal reduction process. we tuned intensity and scanning speed of laser spot for generating effective graphene characteristic and minimum thermal effect. As a result, we demonstrated the reduced graphene pattern of 30㎛ in linewidth by using a focused laser beam of 18㎛ in diameter.

• Journal of IKEEE
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• v.16 no.3
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• pp.224-234
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• 2012

This paper describes an energy harvesting circuit using solar and vibration energy with MPPT(Maximum Power Point Tracking) control for micro sensor nodes. The designed circuit employs MPPT control to harvest maximum power available from a PZT vibration element and an integrated solar cell. The harvested energies are simultaneously combined and stored in a storage capacitor, and then managed and transferred into sensor node by PMU(Power Management Unit). MPPT controls are implemented using the linear relationship between the open-circuit voltage of an energy transducer and its MPP(Maximum Power Point) voltage. The proposed circuit is designed in a CMOS 0.18um technology and its functionality has been verified through extensive simulations. The designed energy harvesting circuit and integrated solar cell occupy $2.85mm^2$ and $8mm^2$ respectively.