3D Printing Wireless Rechargeable Supercapacitor
- 주제어 (키워드) 3D printer , Supercapacitor , Wireless
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 정봉근
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000069887
- UCI I804:11029-000000069887
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
Although wearables and portable devices have attracted significant interest due to their widespread applications, further advance of the devices for commercial uses are still restricted by inefficient bulky connections between functional modules comprising the entire device system, incompatibility of the energy storage with the system, complex fabrication processes, and expensive electrocatalytic materials for activating the electrodes. Herein, I develop wireless chargeable supercapacitors(SCs) by combining commercial wireless charger and the charging receptor with three dimensionally (3D)-printed SCs. For the fabrication of the cost-effective 3Dprinted SC, polylactic acid-based plastic substrate is 3D-printed and is dip-coated with MnO2 and artificially restructured V2O5 composite ink. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)@graphene flake (P@G) is added to the ink to prepare V2O5 and MnO2-entrapped P@G (MVP@G) for enhancing the electric conductivity and catalytic activity of the MVP@G SC. Given the polyvinyl alcoholLi2SO4 gel electrolyte, the MVP@G SC shows specific capacitance of 40.3 mF cm-2 in a potential window of 1.4 V, and energy density of 34 μWh cm-2 at a power density of 70 μW cm-2 with the cycling stability of 77% (capacitance retention) after 2,500 cycles. The effect of the electroyte cations (Li+, Na+, K+, Mg2+) on the electrochemical performances of the MVP@G SC is also investigated.
more초록 (요약문)
웨어러블 및 휴대용 전자 장치의 광범위한 응용으로 인해 휴대용 에너지 저장 소자는 상당한 관심을 끌었지만 전체 시스템과 에너지 저장 소자의 비효율적인 연결, 시스템과 에너지 저장 소자의 비 호환성, 복잡한 제작 과정 및 값비싼 전기 촉매 물질로 인해 상업용 에너지 저장 소자의 추가 발전은 여전히 제한적이다. 본 학위 논문에서는 금속산화물 및 그래핀의 전기화학적인 특성과 3D 프린팅 제작 방식을 통해 제작한 에너지 저장 소자와 상용 무선충전기를 결합한 3D 프린팅 무선 충전 슈퍼캐패시터 개발에 관해 저술하였다. 본 저자는 비용 및 시간 효율적인 3D 프린팅 슈퍼캐패시터의 제조를 위해 3 차원 디자인 프로그램을 활용하여 디자인한 슈퍼캐패시터 모듈을 3D 프린터를 이용하여 폴리락트산 기반 플라스틱 전극 기판을 3D 프린팅하고 MnO2 및 인공적으로 재구성된 V2O5 복합 잉크로 코팅하였다. 그리고 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)@그래핀 플레이크를 잉크에 첨가하여 3D 프린팅 무선 충전 슈퍼캐패시터의 전기 전도성 및 촉매 활성을 향상시켰다. 폴리비닐 알코올-Li2SO4 젤 전해질이 주어졌을 때 MVP@G 슈퍼캐패시터는 1.4V 의 전위 창에서 40.3 mF cm-2 의 비정전 용량과 70 μW cm-2 의 전력밀도에서 34 μW cm-2 의 에너지 밀도를 나타내었으며 2,500 번의 충방전 이후 77%(커패시턴스 유지)의 사이클 안정성을 나타내었다. 또한 3D 프린팅 무선 충전 슈퍼캐패시터의 전기화학적 성능에 대한 전해질 양이온 (Li+, Na+, K+, Mg2+)의 영향도 조사되었다. 이후, 충전 시 복잡한 연결선 없이 외부에서 안정적이고 효율적인 전원공급을 위해 제작된 3D 프린팅 슈퍼캐패시터에 무선 충전 리시버를 장착하였으며 무선 충전을 통한 충방전 테스트를 진행하였다. 마지막으로,제작된 무선 충전식 3D 프린팅 슈퍼캐패시터를 이용한 전구 점등 테스트를 진행하고 전구의 점등을 확인하였다. 결과적으로, 본 연구에서 제작한 무선 충전식 3D 프린팅 슈퍼캐패시터는 외부에서 안정적인 전원공급을 위한 효율적인 에너지원으로 매우 유용한 도구로 이용될 수 있는 가능성을 확인하였다
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