The importance of developing eco-friendly energy storage devices to realize sustainable power generation and carbon neutrality continues to emerge. Among various energy storage devices, a supercapacitor has been spotlighted as a next-generation energy storage device due to its excellent power density and stable cycle characteristics compared to existing secondary batteries. However, in order to produce activated carbon, an electrode material of an existing supercapacitor, it is necessary to undergo an activation process such as fossil fuels, which is accompanied by a lot of irreversible energy loss and chemical treatment. To overcome this problem, laser-induced-graphene can be replaced with an electrode material of a supercapacitor. Laser-induced-graphene refers to porous conductive carbon produced by irradiating a mother material including carbon with a laser. In this study, eco-friendly materials that replace fossil fuels were used by selecting wood as a base material, and we intend to use it as a supercapacitor through laser-induced-graphene generated by laser direct drawing on wood. In addition, manganese oxide, a transition metal oxide that can improve the energy density of a supercapacitor, is additionally formed with laser-induced graphene to further improve performance compared to the existing laser-induced graphene. Several material analysis methods were conducted to analyze the dual structure of the produced manganese oxide/laser-induced-graphene, and electrochemical cell tests were conducted to determine the supercapacitor performance.
지속가능한 발전과 탄소 중립의 실현을 위한 친환경 에너지 저장소자 개발의 중요성이 계속해서 대두되고 있다. 여러 에너지 저장소자 중 슈퍼커패시터란 기존 이차 전지 대비 우수한 출력 밀도와 안정적인 싸이클 특성으로 차세대 에너지 저장소자로 각광받고 있다. 다만, 기존 슈퍼커패시터의 전극 물질인 활성탄을 생성하기 위해서는 화석 연료 등에 활성화 과정을 거쳐야 하는데, 이 과정에서 많은 비가역적 에너지 손실과 화학 처리를 동반하게 된다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서, 레이저-유도-그래핀을 슈퍼커패시터의 전극 물질로 대체할 수 있다. 레이저-유도-그래핀은 탄소를 포함하는 모재료에 레이저를 조사함으로써 생성되는 다공성의 전도성 탄소를 일컫는다. 본 연구에서는 모재료로 목재를 선정하여 화석 연료를 대체하는 친환경 재료를 사용하였으며, 목재 위 레이저 직접묘화법으로 생성한 레이저-유도-그래핀을 통해 슈퍼커패시터로 사용하고자 한다. 뿐만 아니라, 슈퍼커패시터의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 전이금속산화물인 망간 옥사이드를 레이저-유도-그래핀과 함께 추가적으로 형성하여 기존 레이저-유도-그래핀 대비 성능을 더욱 향상시키고자 한다. 생성한 망간 옥사이드/레이저-유도-그래핀의 이중 구조를 분석하기 위해 여러 재료 분석법을 실시하였으며 슈퍼커패시터 성능을 판별하기 위한 전기화학 셀 테스트를 진행하였다.
