본 연구에서는 바이오 폐기물인 쿠샤 잔디(Desmostachya bipinnata)를 이용해 화학적 공정과 KOH 활성화로 고전기용량 활성탄(AC)을 제조했다. 합성된 소층 활성탄은 X선 분말 회절, 투과 전자 현미경, 라만 분광법으로 확인했다. 시료의 화학적 환경은 FTIR과 UV-가시광 분광법으로 분석했다. 비표면적과 기공도는 브루나우어-에멧-텔러(BET)법으로 측정했다. 모든 전기화학 측정은 순환 볼타메트리와 정전류 충방전(GCD)법으로 수행했으며, 주로 GCD의 정확성 때문에 이를 중점적으로 활용했다. 합성된 AC는 -0.35~+0.45 V 전위 창에서 최대 비축전용량 218 F g⁻¹을 나타냈다. 또한 같은 전위 창에서 약 19.3 Wh kg⁻¹의 에너지 밀도와 277.92 W kg⁻¹의 출력 밀도를 보였다. 5000 사이클 후에도 우수한 용량 유지율을 보였다. 제작된 슈퍼커패시터는 우수한 에너지/출력 밀도와 고속 충방전에서도 좋은 유지율, 탁월한 사이클 안정성을 나타냈다. 바이오 폐기물 쿠샤 잔디 유래 활성탄(DP-AC)은 뛰어난 전기화학적 특성으로 슈퍼커패시터 전극 소재로서 큰 가능성을 보인다. 본 연구는 바이오 폐기물 기반 활성탄을 신흥 슈퍼커패시터 전극 소재로 합성하는 단순하고 혁신적인 접근법을 제시하며, 전기화학적 에너지 저장 분야로의 실용적 적용을 확대한다.
최근 전 지구적 에너지 수요 해결을 위해 변환 및 저장 장치를 포함한 유망한 지속가능 에너지 저장 모델 개발에 많은 관심이 집중되고 있다[1-3]. 배터리와 슈퍼커패시터 같은 에너지 저장 장치는 재생 가능하고 지속가능한 에너지원 생성에 매우 중요한 역할을 하며, 기존 비재생 옵션의 대안이 된다. 슈퍼커패시터는 긴 사이클 수명, 높은 출력 밀도, 초고속 충방전 시간으로 가장 유망한 지속가능 에너지 저장 장치로 부상했다[4-8]. 또한 그래핀, 나노튜브, 나노도트, 양자점 등 탄소 기반 나노소재 연구 분야가 급성장하면서 슈퍼커패시터 개발도 가속화되고 있다[9-11]. 많은 연구가 높은 전기용량, 넓은 전위 창, 낮은 임피던스, 좋은 용량 유지율을 보이는 소재 및 복합체 합성에 집중돼 왔다[12]. 또한 높은 활물질 적재량과 집전체 대비 활물질 비율의 전극 제작에도 관심이 많다[13, 14].
탄소 소재 기반 슈퍼커패시터는 유기 전해질 존재 하 넓은 전위 창으로 높은 에너지 밀도를 구현해 널리 연구돼 왔다[15, 16]. 그러나 탄소 기반 슈퍼커패시터는 높은 저항과 낮은 전기용량을 보인다. 유기 전해질은 독성, 인화성, 높은 비용이 단점이다[15]. 탄소 나노튜브, 그래핀 등은 제조법과 원료 가용성 측면에서 고가여서 대면적 응용이 제한된다. 따라서 친환경적이고 비용 효율적이며 용이한 방법으로 전위 창 확대, 슈퍼커패시턴스 성능 향상, 임피던스 감소를 위한 다양한 탄소 소재 변형 연구가 수행돼 왔다[17, 18].
높은 비표면적, 풍부한 작용기, 충분한 기공도를 가진 활성탄은 지난 수십 년간 흡착, 가스 저장, 가스 분리, 촉매 담체, 용매 탈색, 용매 회수, 전극, 슈퍼커패시터 등에 광범위하게 사용됐다. 다공성 구조와 높은 비표면적, 기공 부피, 다양한 작용기, 기공 크기 분포 등은 활성탄의 흡착 관련 응용에서 핵심적 역할을 한다[18]. 기공 크기에 따라 마이크로기공은 작은 분자 흡착에, 메조기공은 큰 분자 흡착에 주로 사용된다[19, 20].
활성탄 특성에는 원료, 합성 경로, 활성화 시약, 활성화 공정 중 환경 조건 등 많은 요인이 영향을 미친다. AC는 코코넛 껍질[21], 님[22], 옥수수 전분[23], 폐지[24], 폐타이어[25], 바나나 섬유[26] 등 다양한 바이오 폐기물/천연 전구체로 합성된다. AC 합성은 주로 물리적·화학적 활성화 공정으로 이뤄진다[19]. 물리적 활성화는 주로 불활성 분위기나 CO₂, 산화제 존재 하 탄화 후 추가 활성화를 거친다[27]. 화학적 활성화는 ZnCl₂, NaOH, H₃PO₄, KOH 같은 활성화제를 먼저 첨가해 다공성 구조를 발달시킨다[12, 28-30]. 연구에 따르면 ZnCl₂는 환경 우려와 회수 어려움으로 선호되지 않는다. ZnCl₂ 활성화 AC는 제약 및 농식품 산업용으로 오염 우려가 있어 부적합하다[20]. 다른 화학 시약 중 KOH는 높은 비표면적과 잘 정의된 기공을 가진 AC를 만들어 널리 쓰인다. Gonzalez 등은 KOH로 체리 씨를 활성화해 큰 정전용량의 마이크로다공성 AC를 얻었다[31]. Yushin 등은 목재 톱밥 기반 AC를 수열 탄화 후 KOH 활성화해 슈퍼커패시터 성능을 연구했다[32]. Ranganathan 등은 폐지에서 KOH 활성화로 AC를 합성해 KOH 전해질에서 180 F g⁻¹의 비축전용량을 보였다[24]. He 등은 급속 마이크로파 가열로 콜라에서 AC를 합성하고 KOH-콜라 질량비와 활성화 시간을 연구했다[33]. 활성화제는 탈수제 역할로 중간 생성물 진행을 막고, 다공성 구조 밀도를 높이며, 활성화 시간과 온도를 낮춘다[24, 34, 35].
본 연구에서는 쿠샤 잔디(Desmostachya bipinnata)를 친환경적이고 비용 효율적이며 풍부한 탄소질 전구체로 사용해 활성탄을 합성했다. AC 합성에 KOH를 활성화제로 사용하는 화학적 공정을 채택했다. 합성된 AC는 UV-가시광, 푸리에 변환 적외선, 라만 분광법으로 특성 분석했다. 구조적 특성 검증을 위해 주사 전자 현미경(SEM), 에너지 분산 분광법(EDAX), 투과 전자 현미경(TEM), XRD 기법으로 추가 분석했다. 응용을 위해 삼전극 시스템을 이용한 전기화학 및 정전류 충전 기법을 약간 변형해 적용했다. GC 기법의 신뢰성 덕분에 슈퍼커패시턴스, 에너지 밀도, 전류 밀도 등 추가 계산에 활용했다. 제조된 AC는 잘 정의된 다공성 특성으로 우수한 슈퍼커패시턴스 성능을 보였다. 본 연구는 바이오 폐기물 쿠샤 잔디 유래 고전기용량 활성탄(AC) 제조를 다룬 최초의 연구다.
쿠샤 잔디(Desmostachya bipinnata; DP)는 인도 바라나시 BHU 캠퍼스 식물원에서 채취했다. 수산화칼륨(KOH), 유리탄소 전극(GCE), 알루미나 분말은 Sigma-Aldrich에서 구매했다. 전 실험에 사용된 수용액은 탈수수(DI > 18 MΩ cm⁻¹, Millipore Q 시스템)로 제조했다.
합성 시료 특성 분석을 위해 다양한 분석 기법을 사용했다. 합성된 활성탄의 구조적 특성과 결정적 특성을 알아보기 위해 CuKα 방사선(λ = 1.540 Å)을 사용한 PANalytical X선 회절계로 2θ ~ 10°~80° 범위에서 분말 X선 회절을 수행했다. 시료의 미세구조와 표면 형태는 투과 전자 현미경(TEM, TECHNAI G², 200 kV)과 주사 전자 현미경(Dual FIB: FEI Nanolab, 200 kV)으로 분석했다. TEM 시료는 DP-AC 분말 현탁액을 탄소 코팅 그리드에 떨어뜨리고 DI 수에서 초음파 분산해 제조했다. 추가 구조적 특성은 라만 분광법으로 확인했다. 라만 산란 측정은 532 nm He-Ne 레이저 흥분으로 라만 분광기(Renishaw inVia, UK)로 수행했다. 푸리에 변환 적외선(FTIR) 분광기(Bruker ALPHA II)로 합성 시료에 부착된 작용기 존재를 조사했다. 광학적 특성은 형광 램프(λ = 365 nm)(PerkinElmer, Lambda 25)로 기록한 UV-가시광 흡수 분광법으로 평가했다. 제조된 활성탄 시료의 비표면적과 기공 크기 분포는 자동 브루나우어-에멧-텔러(BET)법(micromeritics FlowPrer 060, Gemini VII, USA)을 이용한 액체 질소 흡착/탈착 분석으로 측정했다.
쿠샤 잔디(DP)를 잘게 자르고 DI 수로 상등액이 무색이 될 때까지 여러 번 부드럽게 세척했다. DP를 100°C 오븐에서 5시간 보관한 후 머플로에서 700°C로 2시간 탄화했다. 활성화를 위해 검증된 KOH와 중량비 1:4로 혼합해 절구로 균질하게 섞었다. 균질 혼합물을 튜블러 퍼니스에 넣고 아르곤 분위기에서 700°C로 2시간 가열했다. 혼합물을 실온으로 냉각 후 DI 수로 여러 번 세척해 pH가 ~7이 될 때까지 반복했다. 최종적으로 활성탄 생성물을 얻어 안전하게 보관했다. 전체 공정은 그림 1에 도식화했다.
직경 약 0.3 cm의 유리탄소 전극(GCE)을 알루미나 슬러리(0.05 μm)로 연마했다. DI 수로 GCE 표면을 세척하고 3-4회 DI 수 세척 후 DI 수와 에탄올에서 15-20분 초음파 세척했다. AC 증착을 위해 1 mg 활물질(AC)을 DI 수(1 mL)에 녹여 15분 초음파 처리했다. 제조 용액 10 μL를 마이크로피펫으로 GCE에 떨어뜨리고 오염 방지를 위해 램프 빛 아래서 접촉 없이 건조시켰다.
전기화학 실험은 CHI-660C 멀티채널 워크스테이션에서 삼전극 시스템으로 수행했다. 백금선, Ag/AgCl, 유리탄소 전극을 각각 대극, 기준극, 작업극으로 사용했다. 알칼리성 6 M KOH 수용액을 전해질로 사용했다. -0.35 V ~ +0.45 V 스위핑 전위 창에서 10-200 mV s⁻¹ 다양한 주사 속도로 순환 볼타메트리를 수행했다. 다양한 전기화학 파라미터는 다음 식[35-37]으로 구했다.
비축전용량은 다음 식으로 평가했다:
$$C_s = \frac{I_{\text{Avg}}}{\nu \times m} \quad (1)$$여기서 $I_{\text{Avg}} = I_{\max} - I_{\min}$이며, $m$과 $\nu$는 각각 적재 물질 질량(g)과 주사 속도(v/s)다. $C_s$ 단위는 F g⁻¹이다.
정전류 충방전(GCD) 기법이 더 신뢰성 있고 정확한 결과를 주므로 추가 계산에 GCD를 채택했다. GCD로 비축전용량 계산:
$$C_s = \frac{I \times \Delta t}{\Delta V \times m} \quad (2)$$여기서 $I$, $\Delta t$, $\Delta V$, $m$은 각각 전류(A), 방전 시간(s), 전압 창(V), 적재 물질 질량(g)이다.
에너지 밀도($E$)와 출력 밀도($P$)는 다음 식[35-37]으로 구했다:
$$E = \frac{C_s \times \Delta V^2}{7.2} \quad (\text{Wh/kg}) \quad (3)$$ $$P = \frac{E \times 3600}{\Delta t} \quad (\text{W/kg}) \quad (4)$$합성된 활성탄의 흑연화 정도를 알아보기 위해 XRD 기법을 사용했다. XRD 패턴(그림 2a)은 22°와 43°에서 활성탄 특성 피크를 명확히 보인다[38, 39]. 피크 강도와 위치는 낮은 흑연화도, 결정 구조의 규칙성, 중간 생성물인 K₂CO₃(2θ = 36.52°) 형성을 보여준다[40-42]. 특성 피크는 DP-AC의 (002)와 (100) 반사면에 할당된다. 스펙트럼의 넓은 피크는 비정질 탄소를, 22°에 할당된 날카로운 피크는 고온에서 탄소 시료의 증가된 병진 질서를 나타낸다. 이 결과들은 합성된 AC 물질의 성공적 형성을 확인한다.
다양한 탄소질 소재 특성화에 가장 두드러진 기법인 라만 분광법으로 추가 분석했다. 활성탄 라만 스펙트럼에서 1346 cm⁻¹(D 피크)과 1587 cm⁻¹(G 피크)에 두 개의 가장 강한 피크가 관측됐다(그림 2b). D 피크는 활성탄 내 격자 결함, 가장자리 불완전성, 무질서한 배열, 낮은 대칭성 흑연 구조를 특징짓는다[43]. G 피크는 C=C 신축 진동의 발생을 나타낸다[10]. 또한 2678 cm⁻¹(2D)과 2840 cm⁻¹(S3)에서 두 개의 더 높은 파수 대역이 탄소의 오버톤으로 인해 관측돼 소층 탄소 물질의 존재와 활성탄의 흑연화 특성을 드러낸다[44].
흑연화도는 다음 식으로 계산했다:
$$R = \frac{I_D}{I_G} \quad (6)$$여기서 $R$, $I_D$, $I_G$는 각각 흑연화도, 1346 cm⁻¹ 위치 D-피크 강도, 1587 cm⁻¹ 위치 G-피크 강도다. 계산 결과 $R$ 값은 ~0.84로 어느 정도 높은 흑연화 지수를 가리킨다[10].
합성된 물질의 미세구조적 특성과 표면 형태를 탐구하기 위해 SEM 이미지(그림 3a, b)를 분석했다. 형태는 합성된 DP-AC에 크고 불규칙한 기공이 존재함을 시사한다. 표면의 불규칙하고 무질서한 기공 구조는 시약 KOH의 격렬한 공격 때문이다. 열분해 중 발달한 DP-AC 기공은 KOH 분자의 기공 내 확산을 촉진해 탄소 반응을 증가시킴으로써 AC의 비표면적과 기공 부피를 향상시키고, 추가 기공 생성을 유도하는 것으로 보인다. 활성탄 표면의 큰 기공 구조는 슈퍼커패시터 같은 전하 저장 응용에 유리하다. 또한 합성된 활성탄의 원소 분석(그림 3c)은 에너지 분산 X선 분광법으로 수행해 탄소, 산소, 칼륨 원소의 존재를 확인했다.
제조 시료의 더 많은 구조 정보, 결정 품질, 치수를 인증하기 위해 TEM을 수행했다. TEM 이미지는 투명한 부위(노란 원)로 보이는 여러 기공 크기 구조의 존재를 추론한다(그림 4a, b). 또한 SAED 패턴은 활성탄 물질의 비정질 특성을 보여준다(그림 4a 인셋).
합성된 활성탄의 UV-가시광 흡수 스펙트럼을 기록해 그림 5a에 나타냈다. π-궤도 간 전자 전이로 인한 264 nm에서 특성 흡수 피크를 보인다.
합성된 활성탄의 표면 화학적 특성을 FTIR 분광법으로 분석해 그림 5b에 나타냈다. 활성탄에 결합된 작용기 상세 정보를 제공한다. 3115 cm⁻¹ 흡수대와 2368.78 cm⁻¹의 작은 피크는 히드록실 작용기의 -OH 신축 진동에 기인한다[10, 45, 46]. 1624.63 cm⁻¹ 피크는 방향족 고리의 -C=C 신축과 관련되며, 높은 활성화 온도에서 C-H 결합 분해로 더 안정한 -C=C 기가 형성돼 생길 수 있다[47]. 1459.46, 1361.78, 1146.88, 1010.13, 862.72 cm⁻¹의 강한 흡수대는 각각 -C-C(-C=C와 공액), -CH₃ 진동, C-N 신축, 에스테르의 C-O 신축 모드, -C-O 대칭 신축의 존재를 확인한다[39, 43, 47-49]. 또한 706.43 cm⁻¹의 강한 흡수 피크는 합성된 DP-AC의 -C=C 굽힘에 기인한다.
합성 중 KOH 시약 활성화로 탄소 물질에 기공도가 생성됐다. 기공 구조와 비표면적은 슈퍼커패시터 또는 울트라커패시터 소재 능력의 중요한 인자로 간주된다[11]. 합성된 DP-AC를 BET 원리 기반 N₂ 흡착-탈착 시험으로 분석해 기공 구조 특성과 비표면적을 알아보았다. 그림 6a는 K₂CO₃로 활성화된 DP-AC의 질소 흡착-탈착 등온선을 보여준다. N₂ 흡착-탈착 등온선 형태는 혼합형 등온선, 즉 II형과 IV형 등온선을 포함한다. I형과 II형 등온선의 조합으로 간주되는 II형 등온선은 마이크로다공성 존재를 지시한다. 초기 부분(오목한 형태)은 단일층 완전 피복과 다중층 추가 흡수를 보여준다[11]. 따라서 II형 등온선은 마이크로다공성 및 메조다공성 구조 모두에서 좋은 일치를 보인다. 상대적으로 높은 압력에서 그래프 흡수량이 현저히 증가해 이력 루프를 가진 IV형 등온선 특성을 보인다. IV형 등온선은 테이퍼진 슬릿형 기공에서 발생하는 모세관 응축을 동반한 단일층 및 다중층 흡착에 기인한다. 또한 BET 식(Eq. 7)으로 비표면적과 기공 크기 직경을 평가했다.
$$\frac{1}{Q\left(\left(\frac{P_0}{P}\right) - 1\right)} = \frac{1}{Q_m C} + \frac{C - 1}{Q_m C}\left(\frac{P}{P_0}\right) \quad (7)$$여기서 $(P/P_0)$는 상대 압력이고 $Q$, $Q_m$, $C$는 각각 흡착 가스 무게, 단일층 흡착물, BET 상수다. BET 비표면적, 마이크로-메조기공 비표면적, 총 기공 부피, 마이크로-메조기공 부피, 평균 기공 직경 등 비표면적 파라미터를 도출해 보충자료 Table S2에 요약했다.
그림 6a(인셋)는 흡착량 대 상대 압력($P/P_0$)에 대한 직선을 보여 총 비표면적 계산에 좋은 일치를 보인다. 그림 6b는 차등 부피에 대한 기공 크기 분포를 보인다. 기공 크기 분포 조사 위해 BJH 분석을 수행했다. 제조된 활성탄 시료의 평균 기공 크기 직경과 폭은 각각 ~3.3 nm, ~2.3 nm였다. 해당 평균 기공 부피는 0.126 cm³ g⁻¹였다. 그림 6b(인셋)는 DP-AC의 BJH 차등 부피와 기공 크기 직경 분포의 확대 뷰를 보여준다. BET 등온선 곡선은 비표면적이 ~738.56 m² g⁻¹ 값을 가짐을 드러내며, 이는 합성 시료에 메조기공과 매크로기공 존재를 추론케 한다. 높은 표면적-부피 비와 풍부한 메조기공을 가진 물질은 충분한 전하 저장(에너지 밀도)과 빠른 전하 이동 동역학(출력 밀도)을 각각 자극하며, 첨단 에너지 저장에 결정적으로 중요하다.
순환 볼타메트리(CV), 정전류 충방전(GCD), 전기화학 임피던스 분광법(EIS) 분석으로 DP-AC의 슈퍼커패시터용 전기화학 성능을 관찰했다. 모든 조사는 6 M KOH 전해질 용액에서 삼전극 시스템으로 수행했다.
CV를 이용한 전기화학 성능 평가는 그림 7a에 요약됐다. 10-200 mV s⁻¹ 범위 다양한 주사 속도에서 -0.35 V ~ +0.45 V 전위 창 내 CV 곡선을 보여주며 AC의 직사각형 순환 볼타메트리 곡선 형태를 보인다. 그림 7b는 전기화학 에너지 저장 장치의 공통 특성을 보여준다. 낮은 주사 속도에서 높은 비축전용량 값을 보이며, 이는 낮은 주사 속도에서 전해질 이온이 전극의 접근 가능한 기공으로 확산돼 이온과 전극 기공 간 좋은 상호작용이 일어나기 때문이다. 높은 속도에서는 수산기 이온이 전해질에서 전극 표면으로 이동할 시간 부족이나 접근성 저하로 비축전용량이 감소한다[50, 51]. 주사 속도가 160에서 10 mV s⁻¹로 감소할 때 10 mV s⁻¹에서 최대 비축전용량을 관측했다. 높은 비표면적과 높은 기공도가 높은 전기용량 보유에 핵심적 역할을 한다. 또한 CV의 닫힌 직사각형 형태는 마이크로기공과 메조기공 부피의 최적화된 결합 및 좋은 전기 전도도를 나타낸다. 따라서 Eq. 1로 계산한 DP-AC의 최고 비축전용량 $C_{SP}$는 10 mV s⁻¹에서 ~220.70 F g⁻¹로 나타났다.
DP-AC의 이러한 우수한 성능은 다공성 시트형 구조가 전해질 이온의 빠른 전하 이동과 저장에 핵심적 역할을 하기 때문이다.
또한 고정 전위 창에서 제어된 전류 조건으로 0.7, 0.9, 1.5, 1.8, 2 A g⁻¹ 다양한 전류 밀도에서 정전류 충방전 기법으로 전극 물질의 전기화학적 전기용량과 쿨롱 효율을 도출했다. 거의 삼각형 형태의 정전류 프로파일(그림 7c)을 보여 DP-AC 전극의 EDLC 특성을 나타낸다. Eq. 2로 도출한 최대 $C_{SP}$는 0.7 A g⁻¹ 전류 밀도에서 DP-AC 기준 218 F g⁻¹이다. 그림 7d는 전류 밀도에 따른 비축전용량 변화를 보인다[52-54]. 전류 밀도가 점진적으로 증가함에 따라 비축전용량이 천천히 감소한다. 충전 전류가 빨라지면 전해질 이온이 전극 물질 해당 기공으로 신속히 확산하기 어렵기 때문이다. 또한 물질의 사이클 안정성이 슈퍼커패시터 실용화의 핵심 파라미터이므로 DP-AC 전극 물질의 사이클 특성을 수행했다. 그림 7e는 초기 비축전용량의 ~88%가 5000번째 사이클 후에도 유지됨을 보여주며, 거의 열화 없이 고속 충방전 능력이 있음을 시사하고 제조 물질의 내구성을 확인한다[50, 53, 54].
실생활 에너지 저장 응용에서 합성된 DP-AC 물질 성능을 추가 검증하기 위해 에너지 밀도와 출력 밀도를 두 핵심 파라미터로 간주하고 Eqs. 3, 4로 충방전 프로파일에서 도출했다. -0.35 V ~ +0.45 V 범위에서 최대 에너지 밀도 19.3 Wh kg⁻¹과 상당히 좋은 출력 밀도 277 W kg⁻¹을 보이며 그림 8a에 나타냈다. 따라서 라곤 플롯에 따라 출력 밀도 손실 없이 향상된 에너지 밀도의 슈퍼커패시터를 개발해 실용화할 수 있다. 또한 넓은 전위 창에서 놀라운 $C_{SP}$는 합성 DP-AC 에너지 밀도의 충분한 증가를 보여준다. 슈퍼커패시터 성능 관련 추가 계산은 보충자료 Table S1에 나타냈다.
전기화학 임피던스 분광법(EIS)으로 전극-전해질 계면에서 합성 물질의 정전용량적, 저항적 특성 같은 계면 물성을 나이퀴스트 플롯(그림 8b)과 보드 플롯(보충자료 Fig.S1)으로 조사했다[52]. 그림 8b는 개방 회로 전위에서 5 mV AC 진폭, 0.01 Hz ~ 0.1 GHz 주파수 범위에서 측정한 -Z"(허수부) 대 Z'(실수부) 나이퀴스트 플롯이다. 1.58 Ω 전기 저항과 작은 반원 직경을 보여 높은 전도도와 낮은 내부 저항을 확인한다. 곡선과 수평축 교점은 소자 총 전기 저항을 나타낸다. 고주파 영역 반원 직경은 전극 물질과 전해질 간 전하 이동 저항에 기인하며, 저주파 영역 꼬리 기울기는 전해질 내 이온 확산 속도에 기인한다[55-57]. 따라서 합성된 DP-AC 전극은 슈퍼커패시터 응용에 잘 부합한다.
요약하자면, 천연 전구체 쿠샤 잔디로부터 잘 발달된 기공과 높은 비표면적을 가진 활성탄 소재 개발을 위한 매우 새롭고 용이하며 저비용인 합성 전략을 제시했다. 이는 슈퍼커패시터 같은 에너지 저장 응용을 위한 지속가능하고 친환경적이며 용이하고 복잡한 후공정 없는 공정을 보여준다. 우수한 특성을 가진 제조된 DP-AC를 전기화학 슈퍼커패시터 전극 소재로 사용했다. 이 경로는 1×10⁻⁵ g DP-AC 시료 적재로 전극 시스템을 약간 수정해 현저히 높은 집전체 전류-질량 비율을 구현한다. 최고 비축전용량은 CV 기법으로 220.70 F g⁻¹, GCD로 218 F g⁻¹을 넓은 작동 전위 창에서 관측했으며, 이는 그린 합성 기반 선행 연구들보다 비교적 높다(Table 1). 제작된 슈퍼커패시터는 에너지 밀도 19.3 Wh kg⁻¹, 출력 밀도 277.92 W kg⁻¹, 고속 충방전 속도에서 좋은 용량 유지율과 탁월한 사이클 안정성을 보인다. 따라서 바이오 폐기물 쿠샤 잔디 유래 활성탄(DP-AC)은 최적 전기화학적 성능으로 실제 규모에서 성공적으로 탐구될 수 있으며, 쿠샤 잔디 기반 AC 소재를 이용한 전기화학 에너지 저장 장치가 단기간 내 실현될 수 있다.
사용된 데이터시트와 재료는 합리적 요청 시 교신저자로부터 입수 가능하다.
나노물질
초록 전 세계적으로 당뇨병 발생률이 높아짐에 따라 포도당 농도를 빠르고 정확하게 측정하는 센서는 인체 건강에 매우 중요합니다. 본 연구에서는 구리 이온을 함침시킨 여과지를 고온에서 소성하여 합성한 다공성 탄소 기판에 수용된 구리 나노입자(Cu NP@PC)를 포도당 전기화학 센싱용 전극 활성 물질로 설계했습니다. 다공성 탄소 형성 과정에서 구리 나노입자가 자발적으로 형성된 공극에 수용되어 반피복 복합체를 구성했습니다. 전기화학적 포도당 산화에서 제조된 Cu NP@PC 복합체는 0.2 mM 포도당 존재 하에서 0.55 V 전위에서 0.
지붕재, 용접, 자동차 제조, 식품 산업, 특수 판금 가공 등에서 판금을 본 적이 있을 것입니다. 이 매끄럽고 아름다운 조각들의 두께가 어떻게 결정되는지 궁금하셨을 겁니다. 그 두께를 결정하는 시스템이 바로 게이지 시스템입니다.이 글에서는 판금 가공에서 게이지의 의미와 중요성, 게이지 측정 방법, 그리고 제작에 적합한 금속 두께 선택 방법을 설명합니다.판금 가공에서 게이지란?판금 제조에서 게이지를 말할 때는 특정 소재의 표준 판금 두께를 의미합니다. 따라서 판금 소재가 얼마나 두꺼운지 알고 싶다면 게이지를 확인하면 됩니다.게이지 숫
