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  • 학위논문초록

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    학위논문초록 제목 게시판 내용
    제목(국문) 자가 합성된 코발트-망간 바이메탈 금속-유기 구조를 이용한 하이브리드 슈퍼커패시터 전극
    제목(영문) Self-assembled cobalt-manganese bimetallic metal-organic framework as highly-efficient and robust electrode for asymmetric supercapacitor
    저자 Young Ho Seo
    초록

    지난 수십 년 동안 고성능 슈퍼커패시터 전극을 개발하기위한 많은 연구가 이루어지고 있는데 물질의 종류뿐만 아니라 전극의 표면 형태 및 미세 다공성 구조는 슈퍼커패시터의 전기 화학적 성능에 매우 중요한 영향을 미친다. 본 연구에서는 수열합성법을 사용하여 bimetallic Co/Mn Metal organic framework (MOF)을 합성하였다. 니켈 폼을 집전체로 사용하고 전이금속인 코발트와 망간을 사용하였으며 구조는 MOF를 이용하여 표면적을 증가시켰으며 두 종류 의 이온을 연결하여 synergestic effect를 만들기 위해 사용했다. XPS에서 organic linker 자체에서 N-도핑이 생성되었다는 것을 확인하였고 N원자가 전도성을 증가시키고 스스로 전자 공여체처럼 작용한다는 것을 확인하였다. bimetallic Co/Mn-MOF의 FESEM 이미지는 나노 입자가 고르게 형성되어 있음을 보여주는데 사진에서 보듯이 나노 입자들이 서로 균일하게 분포 되어있어 충/방전과정에서 전해질 이온이 활성 영역으로 쉽게 유출입이 가능하게 한다. bimetallic Co/Mn-MOF의 비 전기 용량은 10 mA cm−2의 전류 밀도에서 982.6 F g−1 로 측정되었고 하이브리드 슈퍼커패시터 디바이스는 활성탄으로 제조된 음극과 bimetallic Co/Mn-MOF로 만든 양극으로 제작하여 측정하였다. 이 장치 는 2000 W kg−1에서 57.2 Wh kg−1의 높은 에너지 밀도를 가졌다. 이어서 진행된 수명테스트에서는 5000 사이클 후에도 93.51 %의 성능을 유지하여 훌륭한 수명성능을 나타내었다. 그러므로 이번 연구는 향후 하이브리드 슈퍼커패 시터뿐 아니라 고성능 에너지 저장 장치의 밑거름이 될 것이라고 기대할 수 있다.

    초록(영문)

    To obtain highly efficient supercapacitor with extraordinary capacitance, energy density and cycle-life, the design and development of new electrode material having numerous surface active sites is essential. Not only the kind of material but also the surface morphology and microporous structure of the electrode plays an important role in the electrochemical performance of the supercapacitor. In present work, bimetallic Co/Mn-Metal organic framework (MOF) have been prepared using a simple hydrothermal method for supercapacitor application. The bimetallic MOF is mainly used to produce synergistic effect by connecting two kinds of metal ions through organic ligand. The self-assembled nanoparticles of bimetallic Co/Mn MOF have been homogeneously decorated on Ni-foam to form a uniformly nanosheet. The resulting bimetallic Co/Mn MOF electrode shows high specific capacitance of 982.6 F g(-1) (5.65 F cm-2) at a current density of 10 mA cm-2 and excellent cycling stability over 5000 cycles. The hybrid supercapacitor device was constructed using the bimetallic Co/Mn MOF as a positive electrode and activated carbon (AC) as a negative electrode. The constructed Co/Mn MOF//AC hybrid supercapacitor exhibits specific energy of 57.2 Wh kg(-1) at specific power of 2000 W kg(-1) and excellent capacity retention of 93.51% over 5000 cycles. These outstanding results indicate the desirable direction of future research on high performance energy storage devices as well as hybrid supercapacitors.

    keyword Metal organic framework , Hybrid supercapacitor , Synergistic effect , Organic linker , Cobalt , Manganese , N-doping.
    학교 연세대학교
    지도교수 전성찬
    학위구분 석사
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