나노기술 및 정책 정보

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● 중국과학원 전공(電工) 연구소 마옌워이(馬衍偉, 마연위) 연구원 연구팀이 고성능 MXene 복합 소재 개발을 통해 MXene 베이스 리튬 이온 커패시터(capacitor) 개발에 성공

● 연구팀은 Ti3C2Tx MXene을 박리할 때 사용하는 테트라부틸 암모늄 이온(TBA+)을 양이온 중간체로 사용하여 Ti3C2Tx와 산화 그래핀(GO) 간의 정전기 반발력(electrostatic repulsion)을 효과적으로 줄이고, 두 가지 2차원 소재로 하여금 면대면(face-to-face) 배열 구조를 형성할 수 있도록 하는 동시에 우수한 비교 용량과 배율 성능을 보유하고 있는 Ti3C2Tx /rGO 복합 음극 소재를 개발

● 연구팀은 수열(水熱) 방법을 이용하여 TBA+를 MoS2 층 사이에 삽입하여 층 간 거리를 확대시킨 동시에 MoS2에 추가 전하를 주입하여 2H 방향에서 1T 위상으로 전환되어 열역학적으로 안정적인 MoS2 합성 및 2차원 Ti3C2Tx 상에서 원위치 성장을 통해 1T-MoS2/d-Ti3C2Tx 2차원 복합 나노 소재를 개발

● 연구팀은 이번 연구를 통해 확장된 층 간 공간 및 1T 위상 MoS2의 금속 전도성은 리튬 이온이 1T-MoS2/d-Ti3C2Tx 에서 확산될 수 있도록 에너지 장벽을 낮추고 양극과 음극 간의 동력학 차이를 효과적으로 보완한다는 점을 발견

● 연구팀은 1T-MoS2/d-Ti3C2Tx 를 음극으로 사용하고 다공성 그래핀을 양극으로 사용하여 고성능 리튬 이온 커패시터를 조립

● 해당 리튬 이온 커패시터는 높은 에너지 밀도(188Wh/kg 수준), 높은 전력 밀도(13kW/kg 수준), 및 많은 충전 및 방전 순환 횟수(5,000회 이상)을 실행한 후 83%에 달하는 용량 유지 비율을 제시하는 성능을 보유

● 연구팀은 1T-MoS2/d-Ti3C2Tx 를 음극 소재로 활용하여 고성능 리튬 이온 커패시터의 개발이 가능할 것으로 기대

※ Advanced Functional Materials 게재, "Tetrabutylammonium-Intercalated 1T-MoS2 Nanosheets with Expanded Interlayer Spacing Vertically Coupled on 2D Delaminated MXene for High-Performance Lithium-Ion Capacitors"