전기 화학 증착법을 이용한 고성능 슈퍼 커패시터용 ZnOCNF 복합체 합성 최적화

Abstract

슈퍼커패시터는 배터리 또는 커패시터와 비교하였을 때, 높은 전력밀도와 에너지밀도를 동시에 제공할 수 있다는 장점을 가진다. 슈퍼 커패시터 전극재료로는 탄소재료 및 전이 금속 산화물이 사용된다. 일반적으로 탄소재료는 우수한 rate capability, 가역성 및 안정성을 가지지만 용량은 재료의 미세구조에 의해 제한된다. 반면에 전이 금속 산화물의 경우 높은 용량을 나타내지만 대부분은 충･방전 과정에서 가역성이 떨어진다. 따라서 우수한 안정성으로 높은 용량을 얻기 위해 금속 산화물과 탄소재료가 합쳐진 복합체 형태의 전극 재료가 많이 연구되어 왔다. 많은 금속 산화물 중에 본 연구에서는 친환경적이고, 높은 전기 화학적 활성을 가진 ZnO를 선택하였다. 그러나 이는 충･방전 과정에서 덴드라이트를 형성하여 사이클 수명을 단축시키는 단점을 가진다. 그래서 탄소나노섬유에 ZnO를 증착한 복합체를 최적화하였다. 본 연구에서는 슈퍼 커패시터용 전극재료로 전기 증착법을 이용하여 탄소나노섬유(CNF)에 ZnO nanorod를 증착하였다. 탄소나노섬유의 3차원 구조와 증착 조건은 ZnO nanorod의 증착 메커니즘과 관련이 있다. 전류 밀도, 전구체 농도, 전류적용 유형 등 이러한 조건들은 핵형성 및 성장 메커니즘에 영향을 미치기 때문에 이를 조절하여 다른 구조의 ZnO nanorod를 얻을 수 있다. 또한 원자층 단위 증착(ALD)을 이용하여 소나노섬유에 박막으로 ZnO를 코팅한 후 ZnO nanorod를 전기증착하게 되면 시드 역할을 하여 다른 경향의 구조를 얻을 수 있다.