수지와 탄소나노를 함유한 복합재

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 6606(2023) 이 기사 인용

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여기에서 우리는 하이드록시아릴 그룹을 사용한 탄소 나노 양파(CNO)의 기능화와 수지를 사용한 후속 변형에 대해 보고합니다: 다공성 Pluronic F-127을 사용하는 레조르시놀-포름알데히드, 레조르시놀-포름알데히드-멜라민, 비스페놀 A와 트리에틸렌테트라민으로 만든 벤족사진, 칼릭스 [4]F-127을 사용하여 레조르시나렌 유래. 직접 탄화 후에 푸리에 변환 적외선, 라만 및 X-선 광전자 분광법, 주사 및 투과 전자 현미경, N2 흡착-탈착을 포함한 광범위한 물리화학적 분석이 수행되었습니다. 재료에 CNO를 첨가하면 총 기공 부피가 크게 증가합니다(탄화 레조르시놀-포름알데히드 수지 및 CNO(RF-CNO-C)의 경우 최대 0.932 cm3 g-1, 탄화 레조르시놀-포름알데히드-멜라민 수지의 경우 1.242 cm3 g-1) 및 CNO(RFM-CNO-C)), 메조 기공이 지배적입니다. 그러나 합성된 물질은 일부 구조적 교란으로 인해 제대로 정렬되지 않은 영역을 가지고 있습니다. RFM-CNO-C 복합재는 비정질 및 반결정 영역이 있는 보다 정돈된 구조를 보여줍니다. 이어서 순환전압전류법과 정전류 충방전법을 이용하여 모든 물질의 전기화학적 특성을 연구하였다. 수지의 조성, CNO 함량 및 탄소질 골격의 N 원자 양이 전기화학적 성능에 미치는 영향을 연구했습니다. 모든 경우에 재료에 CNO를 첨가하면 전기화학적 특성이 향상됩니다. CNO, 레조르시놀 및 멜라민으로부터 유래된 탄소재료(RFM-CNO-C)는 전류밀도 2 A g−1에서 160 F g−1의 가장 높은 비축전용량을 나타냈으며, 이는 3000 사이클 후에도 안정적이다. RFM-CNO-C 전극은 초기 용량 효율의 약 97%를 유지합니다. RFM-CNO-C 전극의 전기화학적 성능은 계층적 다공성의 안정성과 골격 내 질소 원자의 존재로 인해 발생합니다. 이 소재는 슈퍼커패시터 장치에 최적의 솔루션입니다.

현대 사회는 화석 연료에 의존하며 오염, 지구 온난화, 연료 비용 증가, 지정학적 문제와 관련된 모든 문제로 고통 받고 있습니다. 고출력 효율적인 에너지 저장에 대한 수요가 증가함에 따라 최근 몇 년 동안 전기화학적 슈퍼커패시터(SC) 개발이 많은 관심을 끌었습니다. 주된 이유는 SC가 주로 자동차 산업(예: 전기 자동차) 및 군사 목적을 위한 산업 분야에서 많은 응용 분야를 가지고 있다는 것입니다1,2,3. SC 장치는 배터리4,5,6,7에 비해 높은 전력 속도로 작동할 수 있습니다. 그러나 저장할 수 있는 전하는 3~30배 더 낮습니다5,7,8. SC는 다양한 저장 메커니즘을 특징으로 하는 전해 커패시터 및 배터리보다 우수한 고유한 솔루션을 제공한다는 점에서 매력적입니다. 기존 저장 장치의 기술적 단점은 제한된 용량과 수명 저장 장치입니다. 따라서 높은 전력 밀도, 낮은 입력 저항, 긴 수명, 빠른 충방전 및 환경 친화적인 SC를 찾기 위해 많은 노력이 이루어졌습니다8,9,10,11,12. 가장 유망한 재료는 탄소 나노물질9,13, 전도성 폴리머14,15, 금속 산화물16,17 및 그 복합재18이며, 공유 유기 골격 또는 금속-유기 골격19,20, 흑린 또는 금속 질화물21과 같이 덜 연구된 물질인 것 같습니다. 22.

탄소 재료는 형태학적 다양성과 저렴한 비용으로 인해 커패시터에 널리 사용됩니다8,9,23. 이 그룹에서 탄소 나노구조(CN)는 다양한 모양, 크기, 혼성화 상태, 헤테로원자 함량 및 마이크로텍스처와 같은 많은 특징을 나타내며, 이는 특성 및 특정 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. 높은 표면적, 다양한 이온을 저장하기에 적합한 크기의 기공, 전극의 분극성 및 전기 전도성은 전기 이중층(EDL)을 효율적으로 충전하는 데 중요합니다4. 가장 많이 연구된 나노카본 형태는 전기 커패시터 장치에서 실제 응용을 찾는 데 가깝고 그래핀26,27, 탄소 나노튜브(CNT)28,29,30 및 탄소 나노 양파(CNO)31,32,33입니다.