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Fabrication and characterization of highly porous cobalt oxide coated graphene fibers for supercapacitors = 슈퍼커패시터용 다공성 산화코발트 도금 그래핀섬유의 제조 및 특성평가
서명 / 저자 Fabrication and characterization of highly porous cobalt oxide coated graphene fibers for supercapacitors = 슈퍼커패시터용 다공성 산화코발트 도금 그래핀섬유의 제조 및 특성평가 / Ho Seong Hwang.
저자명 Hwang, Ho Seong ; 황호성
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2017].
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초록정보

Graphene fibers have attracted attention as new carbonaceous fibers to substitute for carbon fibers due to their properties such as light, high mechanical and electrical properties. As a raw materials, graphene oxide was produced by Hummers method. Unlike conventional graphene synthesis methods such as arc discharge, laser ablation, and CVD, Hummers method is useful to produce graphene oxide from graphite due to possibility of mass production and inexpensiveness. Fabricated graphene oxide solution represented liquid crystalline properties. Owing to this liquid crystalline properties of GO, graphene fibers by wet spinning had aligned graphene sheet structure in a uniaxial direction. Due to it, graphene fibers had high performance properties by interaction between graphenes. However, it is not suitable for supercapacitors because their structure induced low surface area. Therefore, in this study, electroplating was applied to fabricate vertically porous $Co_3 O_4$ at surface of graphene fibers for enhanced porous structure and supercapacitive properties. Here, graphene fibers was produced by wet spinning. And fabricated graphene fibers was electroplated to form $Co_3 O_4$ at surface of fibers Mechanical properties of graphene fibers were analyzed by micro tensile tester and X-ray to evaluate alignment. Electrochemical properties were analyzed by three electrode cell (6M KOH) such as CV curve, galvanostatic charge-discharge, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Fabricated $Co_3O_4$/Graphene fibers exhibited highest specific capacitance due to porous structure at surface and synergistic effect of EDLC and psudocapacitor. Based on this study of fabricating $Co_3 O_4$/Graphene fibers by electroplating, applying this process to graphene fibers by continuous process is expected to further improve properties.

2011년 산화그래핀의 액정성이 발견된 이후로 산화그래핀의 액정성을 활용한 사이즈 분리, 광스위칭, 그래핀 섬유 등과 같은 연구가 진행되고 있으며, 그 중 습식방사를 이용한 그래핀 섬유가 보고된 이후로 고강도, 고전도성, 유연성을 가지는 그래핀 섬유는 차세대 3차원 탄소 구조체로서 주목을 받고 있다. 하지만 이러한 그래핀 섬유는 그래핀이 단축으로 배열된 구조를 가져 기계적, 전기적 특성은 높은 반면 표면적은 낮다는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 향상된 특성을 갖는 슈퍼커패시터용 그래핀 섬유 제조를 위해 다공성 산화코발트가 전착된 그래핀 섬유의 제조 및 특성 평가를 진행하였다. 원료로 사용된 산화그래핀은 값싼 흑연을 이용하여 제조하였고, 습식방사의 응고액은 물, 에탄올, 염화칼슘의 혼합액이 사용되었다. 요오드화 수소산이 산화그래핀 섬유의 환원에 이용되었고, 제조된 섬유의 미세조직 분석, 환원 처리(화학적, 열적 환원)에 따른 전기전도도가 라만분광법에 의하여 분석되었다. 농도에 따른 특성의 변화는 조밀도와 엑스레이를 활용한 배열성 측정을 활용하여 분석되었다. 그래핀섬유의 표면적을 증대시키기 위하여 질산코발트를 전구체로 사용해 다공성 수산화 코발트를 생성한 후 하소과정을 통하여 다공성 산화코발트가 생성하였다. 생성된 물질은 미세조직과 엑스레이를 통하여 분석되었으며, 제조된 그래핀 복합섬유의 전기화학적 특성은 3전극셀을 통해 분석되었다. 본 연구가 습식방사를 이용한 향상된 특성의 그래핀 섬유의 제조뿐만 아니라 그래핀 섬유의 실제적인 응용에 대한 연구의 밑거름이 되길 기대한다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MMS 17052
형태사항 vi, 85 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 황호성
지도교수의 영문표기 : Soon Hyung Hong
지도교수의 한글표기 : 홍순형
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 신소재공학과,
서지주기 References: p. 75-83
주제 Graphene oxide
wet-spinning
graphene fibers
electroplating
supercapacitors
cobalt oxide
산화그래핀
습식방사
그래핀섬유
전기도금
슈퍼커패시터
산화코발트
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