철이온 도핑, 공석공학을 활용한 저비용 고성능 MOF수퍼캐패시터 합성 성공
슈퍼커패시터는 차세대 소비자 가전, 생체 의학 기기 및 하이브리드 전기 자동차에 필요한 청정 에너지 기술의 최전선에 있습니다. 배터리 기술과 비교할 때 슈퍼커패시터는 더 빠른 충전-방전 속도, 더 낮은 내부 저항, 향상된 전력 밀도 및 효율적인 사이클링 안정성과 같은 장점이 있습니다. 그러나 슈퍼커패시터의 높은 비용은 선호도에 제한이 있어 왔습니다. 따라서, 슈퍼커패시터 전극 재료 연구의 가장 중요한 점은 저비용 재료로 장시간 안정성이 우수한 기술을 개발하여 반응 속도를 개선하고 에너지 밀도를 최대화하는 것입니다.
충남대학교 화학과 (BK21 화학공학과) 이재범 교수 연구팀은 소재화학연구소 은제무와 박사 (해외우수 초청과학자) 와 공동으로 저비용 전구체를 활용하여 금속 유기 프레임워크 (MOF) 기반 슈퍼커패시터 전극 재료를 활용하여 간단하고 대량생산 가능한 상온 침전합성법을 개발하였다고 보고하였습니다.
지금까지 학계에 보고된 문헌은 슈퍼커패시터 전극의 반응 동역학을 개선하기 위한 복잡한 표면적을 생성하기 위해 고온 접근 방식에 의존했으며 이 방법은 추가 비용을 발생시킵니다. 본 연구팀은 상온 기술을 사용하여 전극 재료에 빈자리 사이트를 유도하는 기술 (vacancy engineering, 공석공학)을 처음으로 제안하였습니다. 공석 공학 (vacancy engineering)은 전이 금속 나노 물질의 표면 특성과 전자 구조를 개선하는 하이엔드 기술이고, 이 공석에 슈퍼커패스터의 성능을 향상시킬 수 있는 다른 이온을 선택적으로 도핑할 수 있습니다. 본 연구에서 제안한 합성기술은 에너지 저장을 위한 다른 종류의 전극 재료를 개발하는 잠재적인 수단으로 확장할 수 있습니다.
본 연구는 한국연구재단 해외우수과학자 초청과제의 지원으로 Journal of Material Chemistry A (impact factor: 14.511)에 1월말 온라인 출간되었습니다.
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