Kirigami-structured stretchable supercapacitor array coated with MnO2/rV2O5 nanocomposite
- 주제어 (키워드) kirigami , micro-supercapacitor (MSC) , gel-polymer electrolyte , stretchability , binary metal oxide
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 정봉근
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000079765
- UCI I804:11029-000000079765
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
Kirigami structures have been widely employed to improve the stretchability of planar functional electrodes used in wearable smart electronics. Despite these advancements, the fabrication of functional sheet-based stretchable devices remains challenging due to the limited out-of-plane displacement of conventional kirigami structures and their poor electronic performance. In this study, I developed high- performance micro-supercapacitors (MSCs) based on binary metal oxide nanocomposite electrodes. To achieve a highly stretchable and non-protruding electrode structure capable of withstanding external mechanical stress, a T-joint-cut kirigami design was integrated with PEDOT-MnO2/rV2O5@GF nanocomposite ink. The resulting stretchable MSC array, composed of a 3 × 4 unit cells configuration, demonstrated a specific capacitance of 25 F g⁻¹ at 0.208 A g⁻¹ and retained 76% of its original capacitance after 5000 stretching/releasing cycles under 20% strain without out-of-plane protrusions. Therefore, the proposed MSC array with the T-joint-cut kirigami pattern could be a potentially powerful tool for energy storage system applications.
more초록 (요약문)
Kirigami 구조는 웨어러블 스마트 전자 기기에 사용되는 평면형 기능성 전극의 신축성을 개선하는 데 활용되어 왔습니다. 그러나 일반적인 kirigami 구조의 제한된 평면 밖 변위(out-of-plane displacement)와 낮은 전자 성능으로 인해, 기능성 평면 기반의 신축성 디바이스의 제작은 여전히 도전 과제로 남아 있습니다. 본 연구에서는 고성능 이원 금속 산화물 나노복합체 전극 기반 마이크로 슈퍼커패시터(MSC)를 개발했습니다. 외부 기계적 스트레스에 견딜 수 있는 고신축성 비돌출형 전극 구조를 구현하기 위해 T-joint-cut kirigami 구조를 PEDOT-MnO2/rV2O5@GF 나노복합체 잉크와 결합하여 MSC 어레이를 제작했습니다. 이렇게 제작한 3 × 4 유닛 셀로 구성된 신축성 MSC 어레이는 0.208 A g⁻¹에서 25 F g⁻¹의 비정전 용량을 나타내며, 20% 변형률 범위에 대해 5000 번의 신축 사이클 후에도 초기 정전 용량의 76%를 유지하며, 평면 외 돌출이 발생하지 않는 구조적 특징을 보여주었습니다. 따라서 T-joint-cut kirigami 패턴을 적용한 본 연구의 MSC 어레이는 차세대 에너지 저장 시스템 응용 분야에서 유망한 기술로 활용될 수 있는 잠재력을 보여줍니다.
more목차
I. Introduction 1
II. Materials and methods 4
A. Materials and reagents 4
B. Synthesis of recrystallized V2O5 nanopowder 4
C. Fabrication of the T-joint-cut kirigami model-based stretchable MSC electrode using 3D printing- and film cutting-assisted techniques 5
D. Preparation of MSC and assembly of the stretchable MSC array 6
E. Materials characterization and electrochemical/tensile measurements 7
III. Results 9
IV. Conclusion 31
V. References 32
