Performance improvement of fiber supercapacitor by using NiCo2O4 nano-needles and silver nano-wires
- 주제(키워드) Supercapacitor
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 윤광석
- 발행년도 2018
- 학위수여년월 2018. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000063217
- UCI I804:11029-000000063217
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
In this paper, we have fabricated a flexible fiber type supercapacitor with increased specific capacitance using nano-materials. The proposed device maximizes the performance of supercapacitors by applying the structural and electrical characteristics of NiCo2O4 nano-wire, carbon nanotube (CNT), and silver nano-wires (Ag NWs). The primary electrode layer, NiCo2O4 was formed on the surface of the current collector in the form of nano-needles. The first way to increase the capacitance is to wrap the CNT fibers, the secondary electrode layer, between the NiCo2O4 needles. Through this, the empty space between the needles can be filled with CNTs and a higher specific capacitance compared to the electrode using NiCo2O4 alone. In the second method, the Electric double layer (EDL) capacitance is maximized by increasing the electrical path through the application of Ag NWs between the CNT electrode layers. For this purpose, an experiment to find the optimum concentration Ag NWs at 0 ~ 1 wt% was applied to the CNT electrode. As a result, a specific capacitance of 57.3 F/cm3, an energy density of 3.36 mWh/cm3, and a power density of 3.5 W/cm3 were obtained. The specific capacitance increased by 7.3 times compared to the device without nano-needles and Ag NWs. Finally, to deter mine the applicability of wearable electronic devices as an energy storage device, flexibility and LED lighting experiments were conducted and stable operation characteristics were confirmed.
more초록/요약
본 논문에서 우리는 나노 물질을 활용해 비정전용량이 증가된 유연한 섬유 형태 슈퍼커패시터를 제작했다. 제안하는 소자는 NiCo2O4 나노 니들, 탄소나노튜브 (CNT), 그리고 은나노와이어 (Ag NWs)의 구조적, 전기적 특징을 적용해 슈퍼커패시터의 성능을 극대화 하였다. 1차 전극 층인 NiCo2O4는 집전체 표면에 나노 니들 구조로 형성하였다. 첫 번째 정전용량을 증가시키는 방법은 NiCo2O4 니들 사이에 2차 전극층인 CNT 섬유를 감싸는 것이다. 이를 통해 니들 사이의 빈 공간을 CNT로 채울 수 있고NiCo2O¬4 만을 사용한 전극 대비 더 높은 비정전용량을 확보할 수 있었다. 두 번째 방법으로 CNT 전극층 사이에 Ag NWs 도포를 통해 전기적 통로를 증가시킴으로써 전기 이중층 정전용량을 극대화 하였다. 또한, 이를 위해 Ag NWs를 0 ~ 1 wt% 농도에서 최적화된 농도를 찾아내는 실험을 진행하여 CNT 전극에 적용 하였다. 그 결과 비정전용량 57.3 F/cm3, 에너지밀도 3.36 mWh/cm3, 그리고 전력 밀도 3.5 W/cm3의 실 형태 슈퍼커패시터를 제작하였으며, 이는 CNT만을 사용한 소자의 비정전용량 7.88 F/cm3 대비 약 7.3배 이상 증가된 수치 이다. 마지막으로 웨어러블 전자기기의 에너지 저장장치로서의 적용 가능성을 판단 하기 위해 유연성 및 LED 점등 실험을 진행하였고, 안정적인 동작 특성을 확인 하였다.
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