환원된 그래핀 옥사이드/폴리아닐린 복합재료 기반의 슈퍼커패시터용 전극 제조

김세현,안원준,최재용,박현영,김창현,김용렬,정현택 한국응용과학기술학회 2018 한국응용과학기술학회지 Vol.35 No.4

In this study, reduced graphene oxide/polyaniline composite was fabricated tomaximize their advantages with electrochemical performances and use as a electrodematerial for supercapcaitor. Polyaniline as an electrode material was synthesized bychemical polymerization of aniline monomer and reduced graphene oxide wasintroduced to prepare composite with polyaniline without any pre-treatment. Thereduced graphene oxide, polyaniline and their composite electrodes were fabricatedon gold coated PET(polyethylene terephthalate) substrate through spray coatingmethod which can also apply to industrial scale. we have also prepared reducedgraphene oxide and polyaniline single material electrode to compare theirelectrochemical properties with reduced graphene oxide/polyaniline composite electrode. We have analyzed and compared electrochemical properties of eachelectrodes by using cyclic voltammetry(CV), galvanostaticcharge-discharge(GCD) and electrochemical impedancespectroscopy(EIS) at same condition. As a result, reduced graphene oxide /polyaniline composite electrode showed higher capacitance value more thanpolyaniline and reduced graphene oxide electrode, respectively. Internal resistanceof reduce graphene oxide/polyaniline composite electrode was 24% and 58% lessthan polaniline and reduced graphene oxide electrode respectively. These resultsconsidered that reduced graphene oxide/polyaniline composite electrode has potential ability and enable to apply flexible energy storage and wearable devices. 본 연구에서는 탄소 나노재료 중 환원된 그래핀 옥사이드와 전도성 고분자중 폴리아닐린을 복합화 하여 슈퍼커패시터용 전극을 제조하였으며, 각각의 전극 재료가 가지는 단점을 서로 보완하고 장점을 극대화시킴으로써 전극의 전기화학적 특성을 크게 향상 시킬 수 있었다. 전극 물질에 사용된 폴리아닐린은 아닐린 단량체를 화학 중합법으로 제조하였고, 환원된 그래핀 옥사이드는 별도의 전 처리 과정 없이 사용 하였으며, DMF(N,N-dimethyl formamide)를 용매로 도입하여 분산용액을 제조하였다. 분산용액은 금이 코팅된PET(Polyethylene terephthalate) 기판위에 산업적 스케일로 적용이 가능한 스프레이 코팅 방법을 이용하여 전극으로 제조하였다. 환원된 그래핀 옥사이드/폴리아닐린 복합재료를 기반으로 제조된 전극의 전기화학적 특성을 비교하기 위하여 환원된 그래핀 옥사이드와 폴리아닐린 단일 전극을 제조하였으며, 동일한 조건하에서 순환전압전류법, 임피던스 분광법, 정전류 충·방전법을 통하여 각각의 전극이 나타내는 전기 화학적 특성을 비교·분석 하였다. 그 결과로, 환원된 그래핀 옥사이드/폴리아닐린 복합재료를 기반으로 제조된 전극은 폴리아닐린, 환원된 그래핀 옥사 단일 전극에 비하여 전기 용량 값이 높게 나타났으며, 전해질 계면과의 내부 저항은 폴리아닐린, 환원된 그래핀 옥사이드 단일 전극에 비하여 각각 24 %, 58 % 감소하는 결과를 나타내었다. 이러한 결과로 미루어보아 본 연구를 통하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드/폴리 아닐린 복합재료 기반의 전극은 유연성 에너지 저장 매체나 웨어러블 전자기기에 적용이 가능할 것으로 판단된다.

저궤도 우주환경하의 실란처리된 그래핀 첨가 나노 복합재료의 물성특성

노재영 ( Jae Young Noh ),진승보 ( Seung Bo Jin ),김천곤 ( Chun Gon Kim ) 한국복합재료학회 2015 Composites research Vol.28 No.3

이 논문은 저궤도 우주환경하에서 그래핀 충진 고분자 나노복합재료에 대한 물성 변화를 고찰하였다. 고분자 기지재와의 적합성과 원자산소 공격에 대한 탄소재료의 저항성을 향상시키기 위해 유기실란으로 그래핀 옥사이드의 표면을 실란처리를 수행하였다. 실란이 그래핀 옥사이드 표면에 결합여부를 XPS 장비를 사용하여 분석하였다. 실란 처리된 그래핀 옥사이드와 실란 처리하지 않은 그래핀 옥사이드를 강화재로 사용한 나노복합재료를 제작하여 순수 에폭시와 인장물성을 비교하였으며, 모사된 저궤도 우주환경에서의 물성 변화를 관찰하였다. 그결과 실란처리를 하여 그래핀 나노 복합재료를 제작할 경우 우주환경요소 중 원자 산소에 저항성을 가지는 것을 확인하였으며, 실란처리를 하지 않은 경우에는 오히려 성능이 감소함을 확인할 수 있었다. This study investigates the property of graphene filled polymer nanocomposites in LEO(Low Earth orbit) environment conditions. In order to improve compatibility with polymer matrices and resistance of carbon material against AO(Atomic oxygen) attack, silanization of graphene oxide with organosilane was carried out. The corresponding moieties were characterized through X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Graphene oxide filled nanocomposites were prepared using solution based processing methods. The sets of specimen series were tested in an accelerated LEO simulated space environment facility. Graphene oxide and silane treated graphene oxide reinforced nanocomposites were compared with neat epoxy. The comparison revealed that the silane treated graphene filled polymer composite shows inherent resistance against atomic oxygen attack while the lack of silane treatment resulted in a reduction in performance.

열적 환원된 그래핀의 전기화학적 특성

윤지혜,정혜경 한국물리학회 2014 새물리 Vol.64 No.3

Graphene is synthesized by using a simple thermal reduction of graphene oxide, and the electrochemical properties are investigated using cyclic voltammetry, impedance spectroscopy, and galvanostatic charge/discharge measurements in a 1-M H₂SO₄electrolyte in order to evaluate it for use as a potential electrode in an energy storage devices. The thermally-reduced graphene oxide shows a high current and a high capacitance, resulting from the low impedance and the large surface area. After 3000 cycles, the capacitance of the thermally-reduced graphene oxide is scarcely reduced and maintains 98% of it, initial capacitance, indicating that it may be a reliable electrode and may have supercapacitor applications. 간단한 열적 환원방법을 이용하여 산화흑연을 그래핀으로 환원하였다. 환원된 그래핀의 에너지 저장 소자로써의 가능성을 보기 위하여 1 M의 H₂SO₄ 전해질에서 cyclic voltammetry, impedance spectroscopy, Galvanostatic 충·방전 방법을 통하여 전기화학적 특성을 분석하였다. 그 결과, 열적 환원된 그래핀이 산화흑연에 비해 매우 높은 전기 용량을 가지며 전기 저항이 현저히 작음을 알 수 있었다. 또한 사이클 테스트를 통하여 3,000번의 충·방전 후에도 전기용량이 변하지 않고 유지되는 것으로 보아 열적 환원된 그래핀의 충·방전 신뢰도를 입증할 수 있었다. 이는 열적 환원된 그래핀을 차세대 supercapacitor로 활용할 수 있는 가능성을 보여 준 것이다.

2P-728 수중 방사성 물질 토륨의 제거를 위한 그래핀 옥사이드 코팅 세라믹 제조 및 적용

최유림,최종수,( Lingamdinne ),( Koduru Janardhan Reddy ),장윤영,양재규 한국공업화학회 2017 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2017 No.1

미국과 러시아에서는 많은 양의 토양과 지하수가 무기실험 등으로 인해 방사성물질에 의해 오염되었으며 복원에 수백억 달러가 소요될 것으로 예측하고 있다. 방사성물질 오염폐수를 정화하는 기술에는 역삼투, 응집 침전 등이 있으나 운전 비용이 비싸거나 오염된 슬러지가 발생하는 등의 단점을 가지고 있다. 한편 탄소 계열의 물질을 이용하여 오염물질은 흡착 제거하는 기술은 비용이 저렴하고 2차 오염물질을 발생시키지 않는 장점을 가지고 있다. 탄소 동소체 중 하나인 그래핀이 산화된 형태인 그래핀 옥사이드는 얇은 표면에 여러 산소관능기가 풍부하게 형성되어 있어 방사성물질 흡착에 뛰어난 것으로 알려져 있다. 그러나 GO는 입자의 크기가 작아 수처리에 단독으로 사용 될 경우 많은 에너지가 소모된다. 본 연구에서는 수처리에 사용되는 세라믹을 담체로 하고 표면에 GO를 코팅하여 방사성물질 오염폐수 처리에 쉽게 적용할 수 있는 그래핀 코팅 세라믹(GOC)을 연구 하고자 한다.

복합광원을 이용한 그래핀/실버나노와이어 투명전극의 광접합

정완호(Wan Ho Chung),박성현(Sung Hyeon Park),김학성(Hak-Sung Kim) 대한기계학회 2015 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2015 No.11

In this work, the graphene oxide and silver nanowire were coated on PET substrate using bar coater and welded via combined flash light irradiation to achieve high electrical conductive and low haze. The coated graphene oxide and silver nanowire films were welded at room temperature and under ambient conditions using an in-house flash light sintering system. The effects of graphene oxide and silver nanowire weight fraction and the flash light irradiation conditions (light energy and pulse duration) were investigated. Surfaces of the welded graphene oxide and silver nanowire films were analyzed using a scanning electron microscope (SEM). Also, optical characterization such as transmittance and haze was measured using spectrophotometer. High conductivity graphene oxide and silver nanowire film (28.5 Ω/sq) with high transmittance (89.5%) and low haze (0.95%) were obtained through welding using flash light process at room temperature and under ambient conditions.

측면 치환 그래핀/에폭시 나노복합재료의 인장 특성 평가

이동현 ( Donghyeon Lee ),조가인 ( Ga In Cho ),임형미 ( Hyung Mi Lim ),김만태 ( Mantae Kim ),권동준 ( Dong-jun Kwon ) 한국복합재료학회 2024 Composites research Vol.37 No.3

그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO)는 높은 강성, 열전도도 및 전기전도도를 가지고 있기 때문에 나노복합재료의 강화재로 적용되고 있다. 본 연구는 GO와 측면 부분에만 수산화기로 치환된 GO (E-GO)를 에폭시 나노복합재료에 적용하여 기계적 물성을 평가하였다. 초음파 분산법을 통하여 에폭시 수지에 GO/E-GO를 균일하게 분산시켰고, 인장 시험을 통하여 기계적 물성을 평가하였다. 나노입자를 첨가함에 따라 인장강도와 인성이 높아지는 것을 확인하였다. 나노 입자를 첨가하지 않은 에폭시의 인장강도는 74.4 MPa이고, E-GO를 0.3 wt% 첨가되었을 때 90.7 MPa로 가장 높은 인장강도 값을 나타내었다. 모듈러스 또한 2.55 GPa에서 나노입자의 첨가에 따라 3.53 GPa까지 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 전계방사 주사전자현미경을 통하여 파단면을 관찰하였을 때 균열의 성장이 나노 입자에 의하여 저지되며 파단까지 이어지지 못하고, 여러 방향으로 나뉘는 현상을 보였다. 측면 부분에만 표면처리가 일어난 E-GO에서는 높은 분산도와 표면처리에 의하여 GO보다 높은 기계적 물성을 보였다. 이러한 결과를 통하여 고성능 나노복합재료의 개발을 위하여 나노 입자의 표면처리의 중요성을 확인할 수 있다. Graphene oxide (GO), known for its high stiffness, thermal conductivity, and electrical conductivity, is being utilized as a reinforcement in nanocomposite materials. This study evaluates the mechanical properties of epoxy nanocomposites incorporating GO and edge modified GO (E-GO), which has hydroxyl groups substituted only on its edges. GO/E-GO was uniformly dispersed in epoxy resin using ultrasonic dispersion, and mechanical properties were assessed through tensile testing. The results showed that the addition of nanoparticles increased both tensile strength and toughness. The tensile strength of the epoxy without nanoparticles was 74.4 MPa, while the highest tensile strength of 90.7 MPa was observed with 0.3 wt% E-GO. Additionally, the modulus increased from 2.55 GPa to 3.53 GPa with the addition of nanoparticles. Field emission scanning electron microscopy of the fracture surface revealed that the growth of cracks was impeded by the nanoparticles, preventing complete fracture and causing the cracks to split in multiple directions. E-GO, with surface treatment only on the edges, exhibited higher mechanical properties than GO due to its superior dispersion and surface treatment effects. These results highlight the importance of nanoparticle surface treatment in developing high-performance nanocomposite materials.

그래핀 옥사이드의 에어로졸 분무열분해 공정을 통한 면직물의 전기전도성 및 물성 평가

엄현지,조길수 한국의류산업학회 2022 한국의류산업학회지 Vol.24 No.1

Today, graphene loaded textiles are being considered promising smart clothing due to their high conductivity. In this study, we reported reduced graphene oxide (r-GO) deposited pure cotton fabrics fabricated with a colloidal solution of graphene(GO), using a one-step aerosol spray pyrolysis(ASP) process and their potential application on smart textiles. The ASP process is advantageous in that it is easily implementable and can be applied for continuous processing. More- over, this process has never been applied to deposit r-GO on pure cotton fabric. The field emission–scanning microscopy(FE-SEM) observation, Fourier transform-infrared(FT-IR) analysis, Raman spectroscopy, X-ray diffraction(XRD) anal- ysis, and ultraviolet transmittance(UVT) were used to evaluate material properties of the r-GO colloids. The resistance was also measured to evaluate the electrical conductivity of the specimens. The results revealed that the r-GO was suc- cessfully deposed on specimens, and the specimen with the highest electrical conductivity demonstrated an electrical resistance value of 2.27 kΩ/sq. Taken together, the results revealed that the ASP method demonstrated a high potential for effective deposition of r-GO on cotton fabric specimens and is a prospect for the development of conductive cotton- based smart clothing. Therefore, this study is also meaningful in that the ASP process can be newly applied by depositing r-GO on the pure cotton fabric.

광전기화학 셀 적용을 목적으로 하는 화학적 박리법을 통한 그래핀의 제조

윤상혁(Yoon, Sang-Hyeok),이대원(Lee, Dae-Won),김교선(Kim, Kyo-Seon) 강원대학교 산업기술연구소 2015 産業技術硏究 Vol.35 No.1

As the fossil fuels are depleted nowadays, development of alternative energies is absolutely required in the world. Efficient production of hydrogen by water-splitting using solar energy can be one of the methods to solve the global energy and environmental problems. But this method has a problem of low conversion efficiency. The application of graphene can be one method to help increase the conversion efficiency. For this reason, mass production of high quality graphene is required. In this study, we prepared graphene using the chemical exfoliation method. We applied the Hummer s method and Tour s method to oxidize the graphite and could get the different Graphene Oxide(GO) from different process conditions. We also tried to convert the GO to graphene by thermal reduction and could remove functional group of GO effectively. The control of oxidation conditions was quite important to obtain the high quality graphene.

백색광 조사를 통해 환원된 산화 그래핀 기반의 저항 메모리에 관한 연구

박종휘(Jong-Whi Park),Simon S. Park,김학성(Hak-Sung Kim) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.06

본 연구에서는 산화 그래핀의 백색광 조사 공정을 통해 유연한 저항 메모리를 형성했습니다 [1-2]. 저항 메모리의 하부 전극은 유연한 투명 폴리이미드 기판에 구리를 증착 공정을 이용하여 형성하였습니다. GO 박막은 구리로 형성된 하부 전극 위에 증류수와 에탄올로 이루어진 산화 그래핀 용액의 스핀 코팅 방법을 통해 제작되었습니다. 산화 그래핀은 광 조사 조건 (즉, 펄스 지속 시간, 조사 에너지)의 최적화를 통해 스위칭 특성을 가지게 됩니다. 광 조사 공정을 진행한 그래핀 층에 알루미늄의 증착을 통해 상부 전극을 형성했습니다. 저항 메모리의 스위칭 동작 특성은 파라미터 분석기를 사용하여 측정되었습니다. 또한, 파라미터 분석기를 이용하여 제작된 저항성 메모리의 전기적 신뢰성 특성과 그에 따른 온/오프 비율을 평가했습니다. 그래핀 옥사이드층의 환원 정도는 X 선 광전자 분광법, 투과 전자 현미경을 사용하여 분석되었습니다. 따라서, 환원 그래핀 옥사이드/그래핀 옥사이드층 기반 저항 메모리는 WORM (Write Once Read Many Time) 특성과 (~ 10³) 온/오프 비율 및 (1000 스위칭 사이클) 내구성 특성과 같은 높은 전기적 특성을 보여주었습니다. In this study, an intense pulsed light (IPL) process for annealing graphene oxide (GO) insulator was conducted to form a flexible resistive random access memory (ReRAM) [1-2]. A bottom electrode in ReRAM structure was formed by deposition copper (Cu) on flexible, transparent polyimide (PI) substrate. The GO thin insulator layer was fabricated using spin coating method with distilled-water (D.I water) and ethanol-based solution on flexible bottom electrode. The irradiation conditions (i.e. pulse duration, irradiation energy) was optimized to obtain switching characteristics. A top electrode was formed by deposition aluminum (Al) on insulator layer. The switching operation characteristics of the ReRAM was measured using parameter analyzer. The endurance characteristics and on/off ration were evaluated. The switching mechanism of reduction degree of GO layer was analyzed using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), transmission electron microscopy (TEM), so this result verifies the effect of the IPL annealing. Therefore, the r-GO/GO based ReRAM showed write-once read-many times (WORM) characteristics and high electrical characteristics such as (~10³) on/off ratio and (1000 switching cycles) endurance properties.

탄소나노복합재료와 전고체 전해질 기반의 유연성 슈퍼커패시터의 전기화학적 특성 분석

김창현(Chang Hyun Kim),김용렬(Yong Ryeol Kim),정현택(Hyeon Taek Jeong) 한국응용과학기술학회 (구.한국유화학회) 2019 한국응용과학기술학회지 Vol.36 No.1

본 연구에서는 “이온젤” 이라고 불리는 고분자 기반의 PVA(polyvinyl alcohol)-H₃PO₄의 고체 전해질에 이온성 액체 BMIMBF4 (1-buthyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)를 첨가하여 제조한 전고체 전해질과 환원된 그래핀 옥사이드/전도성 고분자 복합재료 기반의 전극 재료를 이용하여 유연성을 갖는 슈퍼커패시터를 제작 하였으며, 유연성에 따른 전기화학적 특성을 분석하여 보았다. 환원된 그래핀 옥사이드/전도성 고분자 복합재료와 전고체 전해질 기반의 유연성 슈퍼커패시터의 전기화학적 특성을 유연성에 따라서 측정하기 위해서 프레스로 0.01 kg/cm²의 일정한 압력으로 최대 100회 까지 굽힘 시험(bending test)을 진행 하였으며, 0~100 회의 굽힘 시험 이후에 순환 전압전류법(CV), 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 및 전정류 충·방전법(GCD)을 통하여 비교 및 분석하여 보았다. 그 결과로, 유연성 슈퍼커패시터의 초기 전기용량은 43.9 F/g으로 확인 할 수 있었고, 이 값은 50회, 100회의 굽힘 시험 후에 각각 42.0F/g, 40.1F/g로 감소하는 현상을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로 미루어 보아 물리적인 응력이 슈퍼커패시터의 전기화학적 특성 감소에 영향을 주는 것으로 사료되며 또한, 굽힘 횟수에 따른 슈퍼커패시터의 전기화학적 특성 감소 원인을 확인하기 위해서 굽힘 시험 전과 후의 전극표면을 전자주사 현미경으로 관찰하여 보았다. In this study, flexible supercapacitor based on the all solid state electrolyte with PVA(polyvinyl alcohol)-H₃PO₄, ionic liquid as a BMIMBF4 (1-buthyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate) and reduced graphene oxide/conductive polymer composite was fabricated and characterized electrochemical properties with function of its flexibility. In order to measure and compare that electrochemical performances (including cyclic voltammetry(CV), electrochemical impedance spectroscopy(EIS) and galvanostatic charge/discharge,after 0~100th bending test) of prepared flexible supercapacitor based on reduced graphene oxide/conducting polymer composite and all solid state electrolyte, we have conducted press machine with constant pressure ( 0.01/cm2) for 100th bending test. As a result, specific capacitance of the flexible supercapacitor was 43.9 F/g which value decreased to 42.0 and 40.1 F/g after 50 and 100th bending test, respectively. This result exhibited that decreased electrochemical property of the flexible supercapacitor effected on physical stress on the electrode after repeated bending test. In addition, we have measured that electrode surface morphology by SEM to prove its decreased electrochemical property of the flexible supercapacitor after prolonged bending test.