2차원소재의 슈퍼커패시터 연구동향
2018-09-28
org.kosen.entty.User@6121d4d9
전영인(yijhon)
2차원(2D) 나노구조 화합물 또는 나노시트는 단원자 또는 수원자 두께의 결정화합물을 일컫는다. 이 중에서 그래핀(graphene)은 매우 높은 전기전도도, 기계적 강도 등 특이한 물성 때문에, 전자소재, 광전자소재, 에너지 생성 및 저장, 화학 센서, 생리학적 응용소자로서 가장 많이 연구되고 있다. 또한, 그래핀 외에도, 전이금속 칼코겐화합물(transition metal dichalcogenide, TMD)나 MXenes, 그 밖에 BN, V2O4, Bi2Se3 등이 연구 중에 있다 슈퍼커패시터(supercapacitor)는 높은 전력용량, 장시간의 사이클 사용시간, 저렴한 유지비용, 소자의 유연성(flexibility), 높은 기계/화학적 안정성, 기존의 에너지 저장장치에 비해 매우 빠른 충전시간 같은 여러 장점을 가지고 있어, 소비자 전자장치 및 하이브리드 전기자동차 같은 산업제품의 이상적인 에너지 저장장치로 각광받고 있다. 이러한 2차원 나노물질은 얇은 두께, 그리고 이로 인한 넓은 비표전적, 특이한 전자 물성, 기계적 안정성, 투명도, 유연성 그리고 높은 패킹 밀도 같은 여러 장점을 가지고 있어서 슈퍼커패시터의 전극물질로서 매우 바람직하다. 하지만, 이런 많은 장점이 있는 반면에, 사용 중 강한 ‘응집(aggregation)’이 일어나는 경향이 있으며, 이로 인해 전기화학적으로 활용가능한 표면적과 이온 확산속도가 감소하여, 충전/방전 속도와 전기저장용량이 기대한 것보다 많이 감소하는 단점도 있다. 그러므로 2차원물질 기반 슈퍼커패시터 개발의 주요 연구방향은 이러한 나노시트 응집을 방지하며 접근가능한 표면적을 가능한 증대시키는 것이 포함되어야 한다.
본 동향보고서에서는, 슈퍼커패시터 소자로서의 2차원 나노물질 연구 및 응용 개발에 초점을맞추어, 그래핀, TMD, MXene과 그 유도체 및 복합체의 용량특성과 커패시터 구조설계시 유의해야할 점 등을 알아볼 것이다.
본 동향보고서에서는, 슈퍼커패시터 소자로서의 2차원 나노물질 연구 및 응용 개발에 초점을맞추어, 그래핀, TMD, MXene과 그 유도체 및 복합체의 용량특성과 커패시터 구조설계시 유의해야할 점 등을 알아볼 것이다.