| 내용 |
새로 발견된 수퍼 커패시터는 최근 개발된 물질 중 가장 높은 에너지 밀도를 보여 주었다. 이러한 초 고용량 캐패시터는 반복적으로 충 방전될 수 있다 (Advanced Materials, 'Titanium disulfide coated carbon nanotube hybrid electrodes enable high energy density symmetric pseudocapacitors'). 연구팀의 새로운 디자인 방식은 매우 안정적이다. 새로운 수퍼 커패시터는 이전 버전보다 자체 방전 또는 단락 가능성이 적어 훨씬 뛰어나다. 특히 작동 전압 범위가 이전보다 3 배 더 크다. 또한, 유사한 커패시터 중 가장 높은 에너지 밀도를 갖는다. 더 높은 전압과 높은 에너지 밀도는 배터리가 더 높은 전력과 더 긴 작동 시간을 달성할 수 있음을 의미하며 리튬 배터리에 대한 경쟁력 있는 대안이 될 수 있음을 암시한다. 커패시터는 에너지를 저장하고 전자 장치에 널리 사용되는 전기 부품이다. 일반적으로 수퍼 커패시터는 표준 커패시터보다 더 많은 전기 요금을 저장하는 능력으로 이름 지어지며, 표면에 전하가 쌓이면서 '물리적으로' 충전된다. 한편, 슈도 커패시터 (pseudocapacitor)는 배터리와 비슷하게 한쪽에서 전자를 다른 쪽으로 전달하는 산화 환원 반응을 통해 '화학적으로' 전하를 저장할 수 있다. 슈도 커패시터는 일부 배터리만큼 많은 충전량을 저장할 수 있다. 그러나 배터리가 몇 시간 (예: 충전 및 휴대 전화 또는 노트북 컴퓨터 사용) 동안 충전 및 방전되는 동안 슈도 커패시터는 수십 초에서 수분 분량으로 훨씬 빠르게 작동할 수 있다. 수퍼 커패시터는 종종 높은 전력 밀도와 긴 작동 수명을 나타내지만 낮은 에너지 밀도로 제한된다. 슈도 커패시터는 더 많은 에너지를 저장하지만, 전극 물질이 안정한 전압 범위인 좁은 전기 화학적 전압 범위에 의해 광범위하게 사용되지 못하고 있다. 자체적으로, 티타늄 이황화물은 가볍고 값이 싸며 리튬 기반의 에너지 저장 시스템에 사용하면 많은 잠재적 이점을 갖지만 재료는 빠르게 분해되고 상대적으로 전도성이 낮다. 이전에 수직 정렬된 탄소 나노 튜브 (VACNT)에 나노 결정질 이황화 티탄를 코팅하면 전기 전도성을 향상시키고 표면적을 증가시키며 전기 화학 반응을 안정화시키는 고도의 전도성 3-D 다공성 네트워크를 형성할 수 있음이 밝혀졌다. 그러나, 이러한 슈도 커패시터를 생성하기 위한 기존의 방법은 균일한 범위, 오염 및 높은 독성에 문제가 있다. 연구팀은 ALD와 CVD 증착 공정을 결합한 2 단계 공정을 개발하여 정밀하게 나노구조로 코팅 VACNT 전극을 만들었다. 초 고농축 리튬 이온 전해질과 함께 사용하면 '하이브리드' 수퍼 커패시터는 이전보다 3 배 큰 작동 전압 범위를 가지기 때문에 유기 전해질 시스템과 비교할 수 있다. 하이브리드 슈퍼 커패시터는 다른 슈도 커패시터들 중 에너지 밀도가 가장 높다. 이 새로운 기능은 리튬 배터리의 대안을 제공할 수 있다. 과학자들은 ALD와 CVD를 결합한 새로운 제조 방법을 사용하여 이황화 티탄 또는 기타 전이 금속 물질을 다양한 기판 위에 코팅할 수 있었다. 이러한 코팅은 차세대 에너지 저장 시스템의 발전을 이끌 수 있을 것이다. |
