학술논문
Development of Nickel Aluminum Layered Double Hydroxides for High Performance Supercapacitor
Document Type
Dissertation/ Thesis
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Subject
Language
English
Abstract
Supercapacitors (SCs), as promising energy storage devices have attracted great attention because of their high power density, fast charge/discharge, and long cycle life. However, the low energy density and high electrical resistance limit their applications in various electronic devices. Herein, we employed the novel nickel aluminum layered double hydroxides (NiAl LDH) as the basic material to design and synthesize high performance electrode materials for SCs to solve these inherent problems. Firstly, the pure 2D NiAl LDH nanosheets were successfully synthesized by different methods and molar ratios. The layered structure delivers large specific surface area, which leads to the high specific capacitance (Cs) of 1,713 F g-1 and notable cycle life of 89% (after 5,000 cycles). In addition, the ultrathin petal-like NiAl layered double oxides/sulfides (NiAl LDO/LDS) composites were prepared by hydrothermal and sulfidation method. This composites material exhibits a high Cs of 2,251 F g-1, also with the great cycle life of 88% after 5,000 cycles. Finally, we reported a reduced graphene oxide/Ag nanowire@NiAl LDH hybrid film as electrode material for flexible SC. The hybrid film electrode shows a superior flexibility and high Cs of 1148 F g-1. After 10,000 cycles the capacitance is maintained 78%. Hence, the NiAl LDH can be used in various energy storage devices.
재료의 개발을 위해 수행되었다. 높은 전기용량, 빠른 충/방전 속도 및 친환경특성을 나타내면서 동시에 넓은 비표면적을 갖는 전극 재료를 제조하기 위해수열법(hydrothermal method)을 활용해서 나노 전극 재료를 합성하고 성능을평가하였다. 이 목적을 달성하기 위해, 니켈-알루미늄 층상이중수산화물 (NiAlLDH) 전극 재료를 성공적으로 합성하였으며, 주요 연구 결과는 다음과 같이요약된다. 첫째로, 수열법을 통해 얇은 2D NiAl LDH 나노시트를 합성하여전기화학 성능을 측정하였다. 이 전극 재료의 전기용량은 1,713 F/g을나타냈으며, 5,000번 충/방전 실험 후 89%의 성능을 유지하였다. 두 번째로,합성된 petal-like NiAl LDH 입자는 황화를 위한 열처리를 통해 다공성 복합재료(NiAl LDO/LDS)를 형성할 수 있었으며, 우수한 전기용량 (2,251 F/g)을 나타냈고,5,000번 충/방전 실험 후 89%의 성능을 유지하였다. 마지막으로, 유연성 전극 재료를 개발하기 위해 core-shell 구조의 복합재료 Ag nanowire@NiAl LDH(AL)를 합성하여, 진공 여과법을 통해 reduced graphene oxide/silvernanowire@NiAl LDH (GAL) 하이브리드 필름을 제작하였다. 이 새로운 GAL하이브리드 필름은 우수한 유연성을 보유하였으며, 전기용량은 1,148 F/g을나타냈고, 10,000번 충/방전 실험 후 77%의 성능을 유지하였다.
재료의 개발을 위해 수행되었다. 높은 전기용량, 빠른 충/방전 속도 및 친환경특성을 나타내면서 동시에 넓은 비표면적을 갖는 전극 재료를 제조하기 위해수열법(hydrothermal method)을 활용해서 나노 전극 재료를 합성하고 성능을평가하였다. 이 목적을 달성하기 위해, 니켈-알루미늄 층상이중수산화물 (NiAlLDH) 전극 재료를 성공적으로 합성하였으며, 주요 연구 결과는 다음과 같이요약된다. 첫째로, 수열법을 통해 얇은 2D NiAl LDH 나노시트를 합성하여전기화학 성능을 측정하였다. 이 전극 재료의 전기용량은 1,713 F/g을나타냈으며, 5,000번 충/방전 실험 후 89%의 성능을 유지하였다. 두 번째로,합성된 petal-like NiAl LDH 입자는 황화를 위한 열처리를 통해 다공성 복합재료(NiAl LDO/LDS)를 형성할 수 있었으며, 우수한 전기용량 (2,251 F/g)을 나타냈고,5,000번 충/방전 실험 후 89%의 성능을 유지하였다. 마지막으로, 유연성 전극 재료를 개발하기 위해 core-shell 구조의 복합재료 Ag nanowire@NiAl LDH(AL)를 합성하여, 진공 여과법을 통해 reduced graphene oxide/silvernanowire@NiAl LDH (GAL) 하이브리드 필름을 제작하였다. 이 새로운 GAL하이브리드 필름은 우수한 유연성을 보유하였으며, 전기용량은 1,148 F/g을나타냈고, 10,000번 충/방전 실험 후 77%의 성능을 유지하였다.