Mesoporous Carbon/Ni nanofoam hierarchical structures for supercapacitor electrodes

Abstract

본 연구에서는 메조 기공 탄소/니켈 나노폼으로 구성된 계층적 구조의 슈퍼커패시터 전극을 구현하였다. 메조 기공 탄소를 사용한 일반적인 전극 제조 방법의 경우 탄소를 파우더로 갈아서 사용하기 때문에 바인더와 도전성 첨가제가 필요하다. 그러나 본 연구에서는 나노구조를 갖는 탄소를 니켈 나노폼에 직접 생성시킴으로써 바인더를 함유하지 않는 메조기공 탄소 전극을 제작하였다. 우선, 미세상분리 특성을 갖고 있는 블록공중합체를 구조 유도제로 사용하여 메조 기공 탄소를 얻었다. 탄소 전구체인 페놀-포름알데히드(PF) 레졸을 폴리스티렌(PS)-b-폴리(에틸렌 옥사이드)(PEO) 용액에 첨가하였는데, PF 레졸은 PEO와 수소결합을 이루기 때문에 PEO 영역에만 선택적으로 함유된다. 따라서 PF 레졸 양의 변화에 따라 메조 기공 탄소의 구조에도 변화가 생기며 이를 본 연구에서 관찰하였다. 다음으로 메조 기공 탄소를 니켈 나노폼에 구현하였다. 니켈 나노폼은 일반적인 니켈폼에 비해 매우 작은 크기의 기공을 가졌으며, 그러한 크기는 탄소의 메조 기공과 계층적 구조를 구성하기에 적합한 크기라고 판단하였다. 이러한 니켈 나노폼을 집전체로 사용한 메조 기공 탄소/니켈 나노폼 전극이 큰 전기용량과 긴 수명을 갖는다는 사실을 순환 전압 전류법을 통해 확인하였다.