감마

Jul 23, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12887(2023) 이 기사 인용

236 액세스

측정항목 세부정보

고희석 H2SO4 열수 탄화 및 저농도 KOH 활성화 열분해와 NaNO3 산화 환경에서 감마 유발 표면 개질로 구성된 새로운 친환경 방법을 통해 야자 잎자루에서 활성탄(AC)을 개발했습니다. 제조된 흑연탄소는 이후 슈퍼커패시터 전극용 활물질로 사용되었다. AC의 물리화학적 특성은 전계 방출 주사 전자 현미경-에너지 분산형 X선 분광법, Brunauer-Emmett-Teller 표면적 분석을 사용한 N2 흡착/탈착 등온선, 푸리에 변환 적외선 분광법, X선 회절 및 라만 분광법을 사용하여 특성화되었습니다. 제작된 전극의 전기화학적 성능은 순환 전압전류법, 정전류 충전-방전 및 전기화학적 임피던스 분광학을 통해 조사되었습니다. 매우 낮은 H2SO4 농도와 작은 KOH:hydrochar 비율로 처리하더라도 감마선 조사 후 AC에 대한 최대 SBET 1365m2g-1을 얻었습니다. 이는 재료 구조 내에 미세 기공을 생성하는 방사선 유발 상호 연결된 네트워크 형성에 기인합니다. 슈퍼커패시터 전극은 309 Fg−1의 가장 높은 비축전용량을 제공할 뿐만 아니라 10,000 사이클 내에서 탁월한 사이클 안정성을 제공하는 전기 이중층 용량을 나타냈습니다. 이러한 유망한 결과는 슈퍼커패시터 재료 생산에 친환경 공법 적용 가능성을 강력하게 보장합니다.

최근 화석 에너지는 제한된 장기 에너지 공급과 환경 문제로 인해 매력이 떨어지고 있습니다. 한편, 지속가능성과 깨끗한 환경을 보장하기 위해 대체에너지에 대한 고려가 점차 늘어나고 있습니다. 에너지원에 관계없이 모든 재생에너지 처리에는 안정적이고 신뢰할 수 있는 에너지저장시스템(ESS)이 필요합니다. 높은 안정성, 급속 충전 능력, 넓은 작동 온도를 제공하는 슈퍼커패시터에 많은 관심이 모아졌습니다. 이 종류의 에너지 저장 장치는 또한 최대 98%1의 에너지 효율로 높은 전력 밀도를 나타냅니다. 기존의 고체 유전체 커패시터와 달리 슈퍼커패시터의 총 커패시턴스는 본질적으로 전기 이중층 커패시턴스(EDLC)와 전기화학적 유사 커패시턴스에 의존합니다. 실제로 슈퍼커패시터의 정전 용량 값은 전극의 비표면적, 기공 구조, 전기 전도성 및 표면 기능과 같은 여러 요소의 영향을 받습니다. EDLC는 일반적으로 500m2g−1보다 큰 비표면적을 제공하므로 기존 커패시터보다 훨씬 더 높은 비정전용량을 제공합니다. EDLC의 빠른 전하 축적 가역성은 또한 몇 초 내에 충전/방전 주기를 완료할 수 있게 해줍니다2. 여러 번의 화학 반응 기반 충전/방전 과정을 거쳐 주기 수명이 단축되는 2차 전지와 달리 EDLC는 수백만 번의 작동 주기 후에도 탁월한 전극 구조와 높은 용량을 유지할 수 있습니다3. 불행하게도 시중에서 판매되는 EDLC는 배터리(35~40Wh kg−1)4와 비교할 때 여전히 훨씬 낮은 에너지 밀도(< 10Wh kg−1)로 인해 어려움을 겪고 있습니다. 실제로 슈퍼커패시터의 에너지 밀도와 총 커패시턴스는 전극 물질에 의사커패시턴스(pseudocapacitance)라고 불리는 추가 전하 저장-전하 전달 메커니즘을 도입하면 향상될 수 있습니다. 메커니즘은 전극/전해질 경계면과 벌크 전극 재료에서 빠르고 가역적인 산화-환원 반응을 통해 발생합니다. 즉, 이 패러데이 프로세스는 EDLC와 배터리 사이의 에너지 격차를 줄이는 데 도움이 됩니다5,6. SC의 유사 용량성 거동은 주로 전극 표면에 헤테로원자를 함유한 작용기의 존재에 의해 좌우됩니다. 금속 산화물, 금속 질화물 및 전도성 고분자는 유사 커패시터 전극에 가장 널리 사용되는 재료입니다. 그러나 생산 공정에는 다양한 독성 물질과 결합된 복잡한 절차가 필요하므로 환경 위험을 초래합니다5.