환원된 그래핀 옥사이드/폴리아닐린 복합재료 기반의 슈퍼커패시터용 전극 제조

김세현,안원준,최재용,박현영,김창현,김용렬,정현택 한국응용과학기술학회 2018 한국응용과학기술학회지 Vol.35 No.4

In this study, reduced graphene oxide/polyaniline composite was fabricated tomaximize their advantages with electrochemical performances and use as a electrodematerial for supercapcaitor. Polyaniline as an electrode material was synthesized bychemical polymerization of aniline monomer and reduced graphene oxide wasintroduced to prepare composite with polyaniline without any pre-treatment. Thereduced graphene oxide, polyaniline and their composite electrodes were fabricatedon gold coated PET(polyethylene terephthalate) substrate through spray coatingmethod which can also apply to industrial scale. we have also prepared reducedgraphene oxide and polyaniline single material electrode to compare theirelectrochemical properties with reduced graphene oxide/polyaniline composite electrode. We have analyzed and compared electrochemical properties of eachelectrodes by using cyclic voltammetry(CV), galvanostaticcharge-discharge(GCD) and electrochemical impedancespectroscopy(EIS) at same condition. As a result, reduced graphene oxide /polyaniline composite electrode showed higher capacitance value more thanpolyaniline and reduced graphene oxide electrode, respectively. Internal resistanceof reduce graphene oxide/polyaniline composite electrode was 24% and 58% lessthan polaniline and reduced graphene oxide electrode respectively. These resultsconsidered that reduced graphene oxide/polyaniline composite electrode has potential ability and enable to apply flexible energy storage and wearable devices. 본 연구에서는 탄소 나노재료 중 환원된 그래핀 옥사이드와 전도성 고분자중 폴리아닐린을 복합화 하여 슈퍼커패시터용 전극을 제조하였으며, 각각의 전극 재료가 가지는 단점을 서로 보완하고 장점을 극대화시킴으로써 전극의 전기화학적 특성을 크게 향상 시킬 수 있었다. 전극 물질에 사용된 폴리아닐린은 아닐린 단량체를 화학 중합법으로 제조하였고, 환원된 그래핀 옥사이드는 별도의 전 처리 과정 없이 사용 하였으며, DMF(N,N-dimethyl formamide)를 용매로 도입하여 분산용액을 제조하였다. 분산용액은 금이 코팅된PET(Polyethylene terephthalate) 기판위에 산업적 스케일로 적용이 가능한 스프레이 코팅 방법을 이용하여 전극으로 제조하였다. 환원된 그래핀 옥사이드/폴리아닐린 복합재료를 기반으로 제조된 전극의 전기화학적 특성을 비교하기 위하여 환원된 그래핀 옥사이드와 폴리아닐린 단일 전극을 제조하였으며, 동일한 조건하에서 순환전압전류법, 임피던스 분광법, 정전류 충·방전법을 통하여 각각의 전극이 나타내는 전기 화학적 특성을 비교·분석 하였다. 그 결과로, 환원된 그래핀 옥사이드/폴리아닐린 복합재료를 기반으로 제조된 전극은 폴리아닐린, 환원된 그래핀 옥사 단일 전극에 비하여 전기 용량 값이 높게 나타났으며, 전해질 계면과의 내부 저항은 폴리아닐린, 환원된 그래핀 옥사이드 단일 전극에 비하여 각각 24 %, 58 % 감소하는 결과를 나타내었다. 이러한 결과로 미루어보아 본 연구를 통하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드/폴리 아닐린 복합재료 기반의 전극은 유연성 에너지 저장 매체나 웨어러블 전자기기에 적용이 가능할 것으로 판단된다.

열적 환원된 그래핀의 전기화학적 특성

윤지혜,정혜경 한국물리학회 2014 새물리 Vol.64 No.3

Graphene is synthesized by using a simple thermal reduction of graphene oxide, and the electrochemical properties are investigated using cyclic voltammetry, impedance spectroscopy, and galvanostatic charge/discharge measurements in a 1-M H₂SO₄electrolyte in order to evaluate it for use as a potential electrode in an energy storage devices. The thermally-reduced graphene oxide shows a high current and a high capacitance, resulting from the low impedance and the large surface area. After 3000 cycles, the capacitance of the thermally-reduced graphene oxide is scarcely reduced and maintains 98% of it, initial capacitance, indicating that it may be a reliable electrode and may have supercapacitor applications. 간단한 열적 환원방법을 이용하여 산화흑연을 그래핀으로 환원하였다. 환원된 그래핀의 에너지 저장 소자로써의 가능성을 보기 위하여 1 M의 H₂SO₄ 전해질에서 cyclic voltammetry, impedance spectroscopy, Galvanostatic 충·방전 방법을 통하여 전기화학적 특성을 분석하였다. 그 결과, 열적 환원된 그래핀이 산화흑연에 비해 매우 높은 전기 용량을 가지며 전기 저항이 현저히 작음을 알 수 있었다. 또한 사이클 테스트를 통하여 3,000번의 충·방전 후에도 전기용량이 변하지 않고 유지되는 것으로 보아 열적 환원된 그래핀의 충·방전 신뢰도를 입증할 수 있었다. 이는 열적 환원된 그래핀을 차세대 supercapacitor로 활용할 수 있는 가능성을 보여 준 것이다.

Analysis on Thermal Behavior of Graphene Oxide Membrane

김종운,한창수 대한기계학회 2017 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2017 No.5

백색광 조사를 통해 환원된 산화 그래핀 기반의 저항 메모리에 관한 연구

박종휘(Jong-Whi Park),Simon S. Park,김학성(Hak-Sung Kim) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.06

본 연구에서는 산화 그래핀의 백색광 조사 공정을 통해 유연한 저항 메모리를 형성했습니다 [1-2]. 저항 메모리의 하부 전극은 유연한 투명 폴리이미드 기판에 구리를 증착 공정을 이용하여 형성하였습니다. GO 박막은 구리로 형성된 하부 전극 위에 증류수와 에탄올로 이루어진 산화 그래핀 용액의 스핀 코팅 방법을 통해 제작되었습니다. 산화 그래핀은 광 조사 조건 (즉, 펄스 지속 시간, 조사 에너지)의 최적화를 통해 스위칭 특성을 가지게 됩니다. 광 조사 공정을 진행한 그래핀 층에 알루미늄의 증착을 통해 상부 전극을 형성했습니다. 저항 메모리의 스위칭 동작 특성은 파라미터 분석기를 사용하여 측정되었습니다. 또한, 파라미터 분석기를 이용하여 제작된 저항성 메모리의 전기적 신뢰성 특성과 그에 따른 온/오프 비율을 평가했습니다. 그래핀 옥사이드층의 환원 정도는 X 선 광전자 분광법, 투과 전자 현미경을 사용하여 분석되었습니다. 따라서, 환원 그래핀 옥사이드/그래핀 옥사이드층 기반 저항 메모리는 WORM (Write Once Read Many Time) 특성과 (~ 10³) 온/오프 비율 및 (1000 스위칭 사이클) 내구성 특성과 같은 높은 전기적 특성을 보여주었습니다. In this study, an intense pulsed light (IPL) process for annealing graphene oxide (GO) insulator was conducted to form a flexible resistive random access memory (ReRAM) [1-2]. A bottom electrode in ReRAM structure was formed by deposition copper (Cu) on flexible, transparent polyimide (PI) substrate. The GO thin insulator layer was fabricated using spin coating method with distilled-water (D.I water) and ethanol-based solution on flexible bottom electrode. The irradiation conditions (i.e. pulse duration, irradiation energy) was optimized to obtain switching characteristics. A top electrode was formed by deposition aluminum (Al) on insulator layer. The switching operation characteristics of the ReRAM was measured using parameter analyzer. The endurance characteristics and on/off ration were evaluated. The switching mechanism of reduction degree of GO layer was analyzed using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), transmission electron microscopy (TEM), so this result verifies the effect of the IPL annealing. Therefore, the r-GO/GO based ReRAM showed write-once read-many times (WORM) characteristics and high electrical characteristics such as (~10³) on/off ratio and (1000 switching cycles) endurance properties.

열적 환원이 그래핀 옥사이드 멤브레인의 구조에 미치는 영향

김종운(Jong Woon Kim),한창수(Chang-Soo han) 대한기계학회 2016 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2016 No.12

탄소나노복합재료와 전고체 전해질 기반의 유연성 슈퍼커패시터의 전기화학적 특성 분석

김창현(Chang Hyun Kim),김용렬(Yong Ryeol Kim),정현택(Hyeon Taek Jeong) 한국응용과학기술학회 (구.한국유화학회) 2019 한국응용과학기술학회지 Vol.36 No.1

본 연구에서는 “이온젤” 이라고 불리는 고분자 기반의 PVA(polyvinyl alcohol)-H₃PO₄의 고체 전해질에 이온성 액체 BMIMBF4 (1-buthyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)를 첨가하여 제조한 전고체 전해질과 환원된 그래핀 옥사이드/전도성 고분자 복합재료 기반의 전극 재료를 이용하여 유연성을 갖는 슈퍼커패시터를 제작 하였으며, 유연성에 따른 전기화학적 특성을 분석하여 보았다. 환원된 그래핀 옥사이드/전도성 고분자 복합재료와 전고체 전해질 기반의 유연성 슈퍼커패시터의 전기화학적 특성을 유연성에 따라서 측정하기 위해서 프레스로 0.01 kg/cm²의 일정한 압력으로 최대 100회 까지 굽힘 시험(bending test)을 진행 하였으며, 0~100 회의 굽힘 시험 이후에 순환 전압전류법(CV), 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 및 전정류 충·방전법(GCD)을 통하여 비교 및 분석하여 보았다. 그 결과로, 유연성 슈퍼커패시터의 초기 전기용량은 43.9 F/g으로 확인 할 수 있었고, 이 값은 50회, 100회의 굽힘 시험 후에 각각 42.0F/g, 40.1F/g로 감소하는 현상을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로 미루어 보아 물리적인 응력이 슈퍼커패시터의 전기화학적 특성 감소에 영향을 주는 것으로 사료되며 또한, 굽힘 횟수에 따른 슈퍼커패시터의 전기화학적 특성 감소 원인을 확인하기 위해서 굽힘 시험 전과 후의 전극표면을 전자주사 현미경으로 관찰하여 보았다. In this study, flexible supercapacitor based on the all solid state electrolyte with PVA(polyvinyl alcohol)-H₃PO₄, ionic liquid as a BMIMBF4 (1-buthyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate) and reduced graphene oxide/conductive polymer composite was fabricated and characterized electrochemical properties with function of its flexibility. In order to measure and compare that electrochemical performances (including cyclic voltammetry(CV), electrochemical impedance spectroscopy(EIS) and galvanostatic charge/discharge,after 0~100th bending test) of prepared flexible supercapacitor based on reduced graphene oxide/conducting polymer composite and all solid state electrolyte, we have conducted press machine with constant pressure ( 0.01/cm2) for 100th bending test. As a result, specific capacitance of the flexible supercapacitor was 43.9 F/g which value decreased to 42.0 and 40.1 F/g after 50 and 100th bending test, respectively. This result exhibited that decreased electrochemical property of the flexible supercapacitor effected on physical stress on the electrode after repeated bending test. In addition, we have measured that electrode surface morphology by SEM to prove its decreased electrochemical property of the flexible supercapacitor after prolonged bending test.

생체 신호 모니터링을 위한 바이오 나노 소재 기반의 기계적 특성이 우수한 박막 형태의 웨어러블 센서

조현호(H. Cho),이기욱(G. Lee),김승한(S. Kim) 대한기계학회 2024 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2024 No.3

rGO-키토산 복합체 특성을 이용한 종이기반 이산화질소 검출 센싱 플랫폼 개발 및 응용연구

박현준(Hyunjun Park),박주형(Joohyun Park),김우창(Woochang Kim),김민우(Minwoo Kim),김치현(Chihyun Kim),김웅(Woong Kim),박진성(Jinsung Park) 대한기계학회 2022 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2022 No.5

Electrochemical Performance and Structure of Chemically Derived Reduced-Graphene oxide for Anode Application

Seongsic Nam(남성식),Dongha Kim(김동하),Sangho Lee(이상호),Kyunghee Shin(신경희),Changsoo Jin(진창수),Dongwon Kim(김동원),Sunhwa Yeon(연순화) 한국신재생에너지학회 2016 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5

소수성 기능화를 통한 내습성 환원 그래핀옥사이드 기반 가스센서 개발

박전형,루니아 자나,김회준 대한기계학회 2023 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2023 No.5