이산화망간 전기증착 리그닌 기반 탄소나노섬유 매트를 이용한 슈퍼캐퍼시터용 전극소재의 전기·화학적 특성

• Published in: 목재공학 Vol. 44; no. 5; pp. 750 - 759
• Main Authors: 김석주, Seok Ju Kim, 유원재, Won Jae Youe, 김용식, Yong Sik Kim
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 한국목재공학회 30.09.2016
• Subjects: carbon nanofiber mat; lignin-g-PAN copolymer; MnO2; supercapacitor; 임학; MnO_2; lignin-g-PAN copolymer; carbon nanofiber mat; supercapacitor
• ISSN: 1017-0715; 2233-7180

크라프트 리그닌-polyacrylonitrile (PAN) 그라프트 공중합체의 전기방사 나노섬유매트를 열처리와 이산화망간 (MnO2) 전기증착법을 이용하여 리그닌 기반 탄소나노섬유 매트(lignin based carbon nanofiber mat, LCNFM)로 제조하고, 슈퍼캐퍼시터용 전극소재(electrode)로의 응용가능성에 대하여 조사하였다. 전기증착 처리시간이 길수록 MnO2-LCNFM 표면의 흡착되는 이산화망간양이 증가하였으며, 이에 따른 탄소나노섬유의 직경과 이산화망간 흡착층이 증가하였다. MnO2-LCNFM 전극의 전기·화학적 특성을 순환전압전류측정(cyclic voltammetry)을 통해 평가하였고, 최대 168.0 mF·cm-2의 비축적용량을 보였다. MnO2-LCNFM를 이용하여 H3PO4/Polyvinyl alcohol 겔 전해질로 제작한 하이브리드 슈퍼캐퍼시터(hybrid supercapacitor)는 약 90%의 전기용량 효율(capacitance efficiency)을 보였으며, 1,000회의 충·방전 시험에서 안정적인 거동을 나타냈다. The MnO2 electrodeposited on the surface of the carbon nanofiber mats (MnO2-LCNFM) were prepared from electrospun lignin-g-PAN copolymer via heat treatments and subsequent MnO2 electrodeposition method. The resulting MnO2-LCNFM was evaluateed for its potential use in a supercapicitor electrode. The increase of MnO2 electric deposition time was revealed to increase diameter of carbon nanofibers as well as MnO2 content on the surface of carbon nanofiber mats as confirmed by scanning electon microscope (SEM) analysis. The electrochemical properties of MnO2-LCNFM electrodes are evaluated through cyclic voltammetry test. It was shown that MnO -LCNFM electrode exhibited good electrochemical performance with specific capacitance of 168.0 mF·cm-2. The MnO2-LCNFM supercapacitor successfully fabricated using the gel electrolyte (H3PO4/Polyvinyl alcohol) showed to have the capacitance efficiency of ∼90%, and stable behavior during 1,000 charging/discharging cycles.