나노기술 및 정책 정보

• 목록

중국과학원 수저우(蘇州, 소주) 나노기술 및 나노 바이오닉스 연구소 디장타오(邸江濤, 저강도) 연구원 연구팀은 미국 조지아 공과대학교(Georgia Institute of Technology) Ching-ping Wong 교수 연구팀과 협력하여 아연 도핑 산화구리 나노 와이어(Zn-CuO) 3차원 배열 구조를 디자인하고 전기화학 활성 물질인 MnO2를 위해 전기 전도 프레임워크를 제공하고 많은 양의 MnO2를 포함한 나노 시트 소재를 개발하였음. 구리 와이어 표면에 성장된 Zn-CuO@MnO2 소재를 동축 비(非)대칭 섬유형태의 슈퍼커패시터 양극 소재로 사용하여 높은 비교 용량 및 넓은 작업 전압 범위를 구현하였음.

연구팀은 이번 연구를 통해 Zn-CuO@MnO2 나노 와이어 배열 전극을 디자인하여 Zn0.11CuO@MnO2를 코어 전극(양극)으로 사용하고, 탄소 나노튜브 필름에 성장된 VN 나노 와이어 배열을 음극으로 사용하여, 코어 전극 표면에 코팅하여 동축 비(非)대칭 슈퍼커패시터를 조립하였음.

Zn-CuO 나노 와이어는 원스텝(One step) 방법을 통해 구리 와이어 표면에 성장되어 MnO2를 위한 전기 전도 받침대와 침적 기판을 제공하고, Zn 도핑을 CuO 결정격자에 도입하여 CuO의 전기 전도성을 향상시켜, MnO2 나노 시트는 전기화학 반응에서 전기전도 기판과의 효과적인 전자 이송을 할 수 있음. 기타 전기전도 받침대에 비해 Zn-CuO 나노 와이어는 복합 전극으로 부분적인 용량 기여를 하는 것으로 나타났음.

연구팀은 다양한 함유량의 Zn 도핑을 통해 전기전도성과 비교 용량이 이상적인 Zn0.11CuO 나노 와이어 소재를 개발하였음. 동 소재는 MnO2의 품질을 12.4mg/cm2 수준으로 향상시켜 높은 면적 비교 용량(4.26F/cm2)을 얻을 수 있음.

연구팀이 개발한 동축 비(非)대칭 장치의 작업 전압은 1.8V, 비교 용량은 296.6mF/cm2 수준으로 에너지 밀도는 133.5mWh/cm2(출력 밀도는 0.9mW/cm2 수준에 달함)에 이름. 연구팀이 개발한 장치의 에너지 밀도와 출력 밀도는 기타 동축 비(非)대칭 슈퍼커패시터에 비해 높은 수준임.

웨어러블 디바이스 분야에서의 응용을 검증하기 위해 연구팀은 동축 비(非)대칭 슈퍼커패시터가 다양하게 휘는 조건에서 전기화학 안정성을 분석하였으며, 디바이스의 충전 및 방전 곡선은 뚜렷한 변화가 일어나지 않았는데, 이는 외부의 힘으로 인해 형태가 변해도 전기화학 안정성과 순환 안정성을 가지는 것을 의미함.

연구팀이 개발한 동축 비(非)대칭 슈퍼커패시터는 2V의 LED를 켜고 60s를 유지할 수 있었음.

연구팀은 섬유 형태의 에너지 저장 디바이스가 플렉시블 웨어러블 제품에서 응용되기 위한 보다 가능한 솔루션을 제공하고 있음.

본 연구 성과는 ‘Nano-Micro Letters’ ("Atomic Modulation 3D Conductive Frameworks Boosts Performance of MnO2 for Coaxial Fiber-Shaped Supercapacitors“) 지에 게재됨.