거대면적 그래핀 시트를 이용한 전극용 필름

무손상 분리 거대면적 산화그래핀 기반 저저항 슈퍼커패시터 전극 필름

본 기술은 그래파이트로부터 평균 측면크기 약 47㎛의 거대면적 산화그래핀 시트를 쪼개지지 않게 분리한 뒤 VO2 나노벨트와 혼합해 다공성 전극 필름을 만드는 기술입니다. 초음파 처리 없이 열팽창과 단계별 원심분리만으로 시트를 크기별로 선별하는 것이 핵심입니다.

기존 하머스 방법으로 얻은 산화그래핀은 박리 과정에서 시트가 1㎛ 이하로 잘게 쪼개져 시트 사이 접촉 저항이 매우 컸습니다. 이 때문에 그래핀 전극의 전기전도도와 비정전용량을 충분히 끌어올리기 어려운 한계가 존재했습니다.

본 기술은 시트를 대형화해 시트 간 터널링 장벽을 줄임으로써 소면적 그래핀 대비 필름의 시트 저항을 약 100배 낮추고 비정전용량을 약 2배(385 → 769 F/g) 높였습니다. 하이브리드 슈퍼커패시터, 차세대 배터리, 투명전극과 터치스크린에 적용될 수 있어 고출력 에너지 저장 소자의 충방전 성능과 사이클 안정성을 함께 끌어올릴 수 있습니다.

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Key Features:

• 그래파이트를 황산 용액에 침지해 얻은 층간삽입 화합물을 1000~1200℃로 가열하여 열적으로 팽창된 그래파이트를 얻는 단계
• 초음파 처리 없이 산화제 투입과 단계별 원심분리로 소면적 시트를 먼저 제거하고 평균 측면크기 47±22㎛의 거대면적 산화그래핀 시트를 분리하는 단계
• 거대면적 산화그래핀 시트와 VO2 나노벨트를 3:7 중량비로 균일 혼합한 뒤 진공여과·건조·박리하여 필름을 얻는 단계
• 박리된 필름을 250℃에서 열처리해 산화그래핀을 환원시켜 전기전도성과 이온전도성을 지닌 다공성 전극용 필름을 완성하는 단계

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본 발명은 교육과학기술부의 자기조립된 그래핀 나노복합체 필름의 제조와 특성 연구 지원을 통해 개발되었습니다.

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