나노기술 및 정책 정보

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중국과학기술대학교 연구팀은 낮은 결함 함유량의 단층 그래핀이 분극 작용을 발휘하는 과정에서의 그래핀 계면 이온 흡착/상호 역할을 위해 우수한 모델을 제공할 수 있다는 점을 제시하였으며, 기공 이온 구속 효과를 제거할 수 있을 뿐만 아니라 대다수 다공성 탄소 재료의 공극이나 결합의 영향도 받지 않을 수 있다는 점을 입증하였음.

전기화학 이중 층 커패시터는 전해액 이온이 높은 표면적 전극 표면의 가역 흡착 및 탈착을 통해 에너지를 저장하고 있으며, 산화 환원 반응 전하 이동 역학의 제한을 받지 않기 때문에 매우 높은 충전 방전 속도 하에서 작업할 수 있고 100만 회에 달하는 양호한 순환 능력을 보유하고 있기 때문에 에너지 분야에서 폭넓게 사용할 수 있는 상황임. 그래핀은 이론적으로 550F/g의 비교 용량을 보유하고 있으며, 슈퍼 커패시터 전극 재료로써 많은 주목을 받고 있는 상황이지만 현재 그래핀 기반 재료의 성능은 예상보다 많이 낮은 상황에 처해 있음. 연구팀은 전기화학적 임피던스 분광법(impedance spectroscopy)과 전기화학적 수정 미세 저울(Quartz Crystal Microbalance) 시스템과 연동하여 원 위치에서 이온 액체(EMI-TFSI) 전해질이 단일 층 그래핀 표면에서의 동력학 반응에 대한 연구를 실행하여 그래핀 양극화 구간에서 전하 저장은 양전기를 띤 클러스터 유형의 이온 탈착 주도 영향을 받으며, 음극화 구간에서 그래핀 표면 질량 변화가 비교적 작고 표면 이온 재배치 효과를 나타낼 수 있다는 점을 발견하였음.

이번 연구개발을 통해 전위(electric potential)를 증가함에 따라 두 가지 유형의 계면 응답은 이중층의 변화를 주도하고 있으며, 이로 인해 이중층의 용량이 증가하게 된다는 점을 입증하였으며, 연구팀은 이번 연구를 통해 그래핀-전해액 계면 구조 및 그래핀 이중층 에너지 저장을 심층적으로 이해하는데 필요한 기반을 제공하였음.

본 연구 성과는 ‘Journal of the American Chemical Society’에 게재됨.