This study focuses on multifunctional composites with nanowires grown on the carbon fabric and applying them to energy storage and conversion applications. The carbon fabric is flexible in itself and exhibits excellent electrical conductivity and can function as a three-dimensional substrate. The successive hydrothermal-synthesis method was used to grow conductive core-shell nanowires on carbon fabric, which is applied to be an electro-catalyst for water oxidation. The as-developed catalyst led to low overpotential and Taefel slope. Furthermore, the multifunctional composites were fabricated based on the carbon fabric with an excellent specific strength and stiffness. The multifunctional composites are in a complete solid phase, which can perform energy storage function and load-bearing function at the same time. Carbon fabric based electrode was used as reinforcement material. The electrochemical and mechanical characterizations were carried out, respectively. The electrochemical and mechanical characterizations were carried out, respectively. As-developed multifunctional composites showed that stable charging-discharging capability under tensile and bending loads. In addition, three-dimensional self-assembled nanocomposites based on the nitrogen doped graphene were developed and applied as an anode material in lithium ion batteries.
본 연구에서는 탄소직물을 기반으로 하여 다기능성 복합재를 제작하고, 이를 에너지 저장 및 변환 분야에 적용하는 것에 중점을 두었다. 탄소직물은 유연함을 가짐과 동시에 우수한 전기전도도를 보여 3차원의 기판 역할을 수행 할 수 있다. 이를 기판으로 연이은 수열합성법을 통해, 고전도성을 지니는 이중나노선을 성장 시켜 최종적으로 우수한 성능을 보이는 전기화학적 물 분해 촉매 전극을 제작하였다. 제작된 물 분해 촉매 전극은 낮은 과전압 및 타펠 경사를 보이는 것이 특징이다. 또한 탄소직물 자체의 우수한 비강성 및 비강도를 바탕으로 하여 다기능성 복합재를 제작하였다. 다기능성 복합재는 완전한 고체 상으로 에너지 저장 기능과 하중지지 기능을 동시에 수행 할 수 있으며, 탄소직물 기반의 전극을 강화재로 사용하여 제작 하였다. 제작된 다기능성 복합재의 전기화학적 성능 평가 및 기계적 물성 평가를 진행하였다. 또한 전기화학-기계적 평가를 통해 다기능성 복합재가 인장 및 굽힘 하중 하에서 안정적으로 충/방전이 이루어짐을 보였다. 번외로, 질소가 도핑된 그래핀을 바탕으로 3차원의 자가조립된 나노복합체를 제작하여, 이를 리튬이온배터리의 음극 전극 물질에 적용해 보았다.
