KR101828164B1 - 탄소섬유전극, 이를 포함하는 와이어 형태의 수퍼커패시터, 및 상기 수퍼커패시터를 포함하는 no2 센서 및 자외선 센서 - Google Patents

탄소섬유전극, 이를 포함하는 와이어 형태의 수퍼커패시터, 및 상기 수퍼커패시터를 포함하는 no2 센서 및 자외선 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소섬유전극, 이를 포함하는 와이어 형태의 수퍼커패시터, 및 상기 수퍼커패시터를 포함하는 NO2 센서 및 자외선 센서에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 탄소섬유 가닥들이 머리 땋기 형식으로 꼬여서 와이어 형태로 제조된 탄소섬유전극, 이를 포함하는 와이어 형태의 수퍼커패시터, 및 상기 수퍼커패시터를 포함하는 NO2 센서 및 자외선 센서에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 간편한 제작 공정에 의해서 제작되어 실제 의류 등에 용이하게 적용될 수 있으면서도, 우수한 전극용량 및 구조적 안정성을 지니고, 다양한 웨어러블 장치에 용이하게 적용이 가능한 탄소섬유전극, 이를 포함하는 와이어 형태의 수퍼커패시터, 및 상기 수퍼커패시터를 포함하는 NO2 센서 및 자외선 센서를 제공할 수 있다.

Description

탄소섬유전극, 이를 포함하는 와이어 형태의 수퍼커패시터, 및 상기 수퍼커패시터를 포함하는 NO2 센서 및 자외선 센서 {Carbon fiber electrode, wire type supercapacitor, and NO2 sensor and UV sensor comprising the supercapacitor}
본 발명은 탄소섬유전극, 이를 포함하는 와이어 형태의 수퍼커패시터, 및 상기 수퍼커패시터를 포함하는 이산화질소(NO2) 센서 및 자외선 센서에 관한 것이다.
개인용 전자소자는 다양한 기능성과 편리함을 추구하는 방향으로 진보하고 있다. 이러한 경향을 충족하기 위해서는 소자의 소형화뿐만 아니라, 옷이나 액세서리와 같은 몸에 걸치는 소재에 부착하여 소자 사용이 용이해야 한다. 또한, 이러한 경량화되고, 높은 변형도를 견디는 소자들을 하나의 웨어러블 스마트 파워 시스템에 집적하는 것 역시 중요한 연구 분야이다. 이러한 시스템을 구현하기 위해서는, 높은 용량을 가지는 다양한 형태의 스트레처블 및 플렉서블 에너지 저장장치를 필요로 한다.
현재까지 보고된 평면형 수퍼커패시터의 경우, 2차원적 구조를 갖기 때문에 직물에 직접 집적시키는데 어려움이 있었으며, 옷감에 부착되거나 접착되어도 직물 섬유와의 구조적 차이 및 이질감으로 인해서 웨어러블 시스템으로 활용되기에는 부적합한 특성이 있었다. 따라서, 이러한 문제점을 극복하기 위한 수퍼커패시터 자체의 구조적 변화 모색이 필요하였다.
이에, 최근에는 웨어러블 시스템을 구축하기 위한 와이어 형태의 슈퍼커패시터가 활발히 연구되고 있는 바, 와이어 형태는 1D 구조를 가져 기존에 존재하는 옷감 등에 직접적으로 집적될 수 있고, 직물 자체가 제작될 때에 함께 집적될 수도 있어 소자 제작에 있어 용이하며, 휘어짐이 가능하여 다양한 형태로 제작될 수 있는 장점이 있다. 이러한 장점들을 활용하기 위해서, 현재 와이어 형태의 슈퍼커패시터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이를 이용하여 LED를 켜는 등, 슈퍼커패시터가 웨어러블 시스템을 위해 적합한 에너지 저장장치임을 보여주고 있다.
관련해서, 환원된 그래핀 산화물 (reduced graphene oxide, rGO)/Ni-코팅된 폴리에스테르 전극 및 직물 나노제너레이터를 구비한 통합 유연성 얀 수퍼커패시터를 포함하는 웨어러블 장치가 보고된 바 있으며, 이를 사용하여 직물의 발광 다이오드 (LEDs)를 활성화시킨 바 있다 (비특허문헌 1). 또한, rGO/Ni 코팅된 면 섬유 전극을 구비한 유연성 얀 수퍼커패시터로서, 자수기를 사용하여 다양한 직물 패턴 내로 니트한 (knitted) 기술이 LEDs용 전력원으로서 보고된 바도 있다 (비특허문헌 2). 더 나아가, 높은 포텐셜 윈도우를 갖는 탄소 섬유 계열의 하이브리드 섬유 타입 수퍼커패시터를 사용하여 비대칭 전극을 구비한 와이어-타입의 수퍼커패시터의 성능을 향상시킨 연구도 보고된 바 있지만, 이는 LEDs를 활성화하는 용도에만 국한되어 있다 (비특허문헌 3).
그러나, 기존에 보고된 와이어 형태의 수퍼커패시터들은 대부분 물을 기반으로 하는 고체 형태의 전해질을 분리막을 겸하여 사용하였으나, 이러한 전해질들은 전압 범위가 좁아서 에너지 밀도가 낮다는 문제점이 있었고, 이에 수퍼커패시터의 성능을 개선하기 위해서는 전압 범위를 늘려 에너지 밀도를 향상시킬 필요성이 존재하였다.
구체적으로, 수퍼커패시터를 에너지 저장장치로 사용하기 위해서는 수퍼커패시터의 에너지 밀도 (E)를 증가시켜야 하는데, 이는 계산식 (E=0.5CV2)으로 계산할 수 있다. 에너지 밀도를 증가시키기 위해서는 상기 식에서 볼 수 있듯이, 용량 (C)과 전압 범위 (V)를 향상시켜야 하는 바, 용량은 전극으로 사용되는 물질 및 상기 물질과 전해질과의 상호작용에 의해 결정된다. 와이어 형태의 수퍼커패시터에는 주로 전기적 이중층을 형성하는 탄소 기반 물질에, 산화-환원 반응을 통해 용량을 증대시킬 수 있는 유사전기용량성 (pseudocapacitive) 물질이 첨가되어 사용되어 왔다.
한편, 전압 범위는 주로 전해질에 사용되는 용매에 의해 결정된다. 전해질로는 주로 다루기 쉽고 환경적으로 안전한 물 기반 전해질이 많이 사용되고 있으나, 1 V보다 낮은 전압범위로 인해서 에너지 밀도 향상에 제한을 받는다. 이를 개선하기 위해서, 유기물 기반 전해질을 도입하거나, 전극을 양극과 음극을 각각 다르게 사용하는 비대칭 슈퍼커패시터를 도입하는 등, 다양한 시도가 이루어지고 있다. 전압 범위를 향상시키기 위해서 개발된 전해질 중에는 상온에서 액체 상태로 존재하는 염인 이온성 액체도 있다. 이온성 액체는 열적, 화학적 안정성이 좋고, 녹는점이 낮으며, 화재의 위험성이 낮고, 높은 이온 전도성을 갖는다. 이온성 액체의 한 종류인 [EMIM][TFSI] 역시 낮은 녹는점 (-17 ℃)과 높은 전도성 (8.8mS/cm), 그리고 높은 전압범위 (4.1V)를 나타내어 전해질 용매로서 응용가능성을 보였다.
따라서, 현재까지 개발된 와이어 형태의 수퍼커패시터가 직물에 집적된 웨어러블 시스템으로 실용화되기에는 응용 범위의 한계가 있었는 바, 실용적 웨어러블 시스템 구축을 위해서는 좀 더 다양하고 생활에 밀접한 응용의 도입이 필요하였다. 또한, 기존 센서의 경우, 제작 공정이 복잡하고, 대부분 평면형과 같은 2차원 구조로 제작되어 옷감에 직접 집적되는데 어려움이 있었다. 이에, 수퍼커패시터가 실질적으로 웨어러블 시스템으로 활용될 수 있기 위해서는 옷감에 잘 집적될 수 있도록 와이어 형태로 제작되면서도 그 제작 방식이 편리해야 한다는 필요성이 존재한다.
비특허문헌 1: X. Pu , L. Li , M. Liu , C. Jiang , C. Du , Z. Zhao ,W. Hu and Z. L. Wang, Adv. Mater., 2016, 28, 98. 비특허문헌 2: L. Liu, Y Yu, C Yan, K. Li and Z. Zhen, Nat. Commun., 2015, 6, 7260. 비특허문헌 3: S. T. Senthilkumar, J. Kim, Y. Wang, H. Huang and Y. Kim, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 4934.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 간편한 제작 공정에 의해서 제작되어 실제 의류 등에 용이하게 적용될 수 있으면서도, 우수한 전극용량 및 구조적 안정성을 지니고, 다양한 웨어러블 장치에 용이하게 적용이 가능한 탄소섬유전극, 이를 포함하는 와이어 형태의 수퍼커패시터, 및 상기 수퍼커패시터를 포함하는 NO2 센서 및 자외선 센서를 제공하고자 한다.
이에, 본 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위해서,
탄소섬유 가닥들이 머리 땋기 형식으로 꼬여서 와이어 형태로 제조된 탄소섬유전극을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소섬유 가닥들은 3개의 탄소섬유 가닥들을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 탄소섬유전극의 표면에는 탄소나노튜브가 코팅될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 탄소나노튜브의 표면에는 V2O5 나노와이어가 코팅될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 다른 과제를 해결하기 위해서,
상기 탄소섬유전극; 고체형 전해질; 및 분리막을 포함하는 와이어 형태의 수퍼커패시터를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 고체형 전해질은 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, LiCl 및 Al2O3 나노입자를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 분리막은 셀룰로오스 분리막일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 와이어 형태의 수퍼커패시터를 포함하는 NO2 센서를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 와이어 형태의 수퍼커패시터를 포함하는 자외선 센서를 제공한다.
본 발명에 따르면, 간편한 제작 공정에 의해서 제작되어 실제 의류 등에 용이하게 적용될 수 있으면서도, 우수한 전극용량 및 구조적 안정성을 지니고, 다양한 웨어러블 장치에 용이하게 적용이 가능한 탄소섬유전극, 이를 포함하는 와이어 형태의 수퍼커패시터, 및 상기 수퍼커패시터를 포함하는 NO2 센서 및 자외선 센서를 제공할 수 있다.
도 1a는 세 가닥의 탄소섬유를 포함하는 꼬인 탄소섬유의 광학 영상을 도시한 도면이고, 도 1b는 본 발명에 따라서 제작된 와이어 수퍼커패시터에 대한 개략도이며, 도 1c는 순수 탄소섬유 (좌측) 및 CMV 전극들 (우측)에 대한 SEM 영상을 도시한 것이고, 도 1d는 셀룰로오스 분리막에 대한 광학 (좌측) 및 SEM (중앙 및 우측) 영상들을 도시한 것이다.
도 2는 단일 꼬인 탄소섬유에 대해서 다양한 위치들에서 측정된 길이 및 두께의 분포를 나타낸 광학 영상들이다.
도 3은 다양한 색상을 갖는 와이어 수퍼커패시터들에 대한 영상을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 와이어 수퍼커패시터에 사용된 셀룰로오스 분리막에 대한 분자 모델 및 물리적 특성 정보 (a), 광학 (좌측) 및 SEM (중앙 및 우측) 영상들 (b), 및 EDX 분석 결과 (c)를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 와이어 수퍼커패시터에 사용된 전해질 성분들에 대한 분자 모델 (a), 혼합된 고체 상태 전해질의 영상 (b), 점도 측정 결과 (c), 및 유변학적 특성을 나타낸 그래프 (d)이다.
도 6a는 스캔 속도 0.5 V/s로 측정된, CF, CF/V2O5 NW (CV), CF/MWNT (CM) 및 CMV 전극들에 대한 CV 곡선들을 도시한 것이고, 도 6b는 다양한 스캔 속도에서 CMV 전극들을 구비한 와이어 수퍼커패시터에 대한 CV 곡선들을 도시한 것이며, 도 6c는 다양한 전류 밀도에서 얻어진 충방전 곡선들을 도시한 것이고, 도 6d는 전류 밀도에 따른 면적 용량을 도시한 그래프이며, 도 6e는 Ragone 플롯이고, 도 6f는 사이클에 따른 용량 보유율 및 쿨롱 효율을 나타낸 그래프이다.
도 7a 및 7b는 각각 CF 및 CMV 전극들에 대한 전류 밀도에 따른 길이 용량 및 면적 용량을 나타낸 그래프이고, 도 7c는 Nyquist 플롯이다.
도 8a는 다양한 벤딩 반경에서 본 발명에 따른 와이어 수퍼커패시터의 기계적 안정성을 도시한 도면이고, 도 8b는 벤딩 시간에 따른 용량 보유율을 도시한 그래프이며, 도 8c는 다양한 물리적 변형에 따른 용량 보유율의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 8d는 수중에서 본 발명에 따른 와이어 수퍼커패시터의 사이클링 회수에 따른 용량 보유율의 변화를 나타낸 그래프이며, 도 8e 및 8f는 두 개 및 세 개의 와이어 수퍼커패시터들이 연속 또는 평행으로 연결되는 경우, 시간에 따른 전압 및 전류 변화를 도시한 그래프이다.
도 9는 매듭 및 접혀진 와이어 수퍼커패시터에 대한 사진, CV 및 충방전 곡선을 도시한 도면이다.
도 10a는 1-15 cm로 길이를 변화시켜가면서 CMV 전극 (좌측) 및 와이어 수퍼커패시터 (우측)를 사진 촬영한 도면이고, 도 10b 및 10c는 충방전 전류 및 방전 시간을 측정한 그래프이며, 도 10d는 다양한 와이어 수퍼커패시터 길이 조건에서 셀 용량 및 길이 용량을 도시한 도면이다.
도 11은 도 11은 직물 상에 통합된 와이어 수퍼커패시터 및 LEDs를 도시한 영상 및 회로 다이어그램이다.
도 12a는 본 발명에 따른 와이어 수퍼커패시터를 직물 상에 통합하여 와이어 형태의 NO2 가스 센서를 제작한 사진 및 시간에 따른 구동 특성을 도시한 그래프이고, 도 12b는 본 발명에 따른 와이어 수퍼커패시터를 직물 상에 통합하여 와이어 형태의 UV 센서를 제작한 사진 및 시간에 따른 구동 특성을 도시한 그래프이며, 도 12c 및 12d는 두 개의 연속적 및 네 개의 평행 연결된 (2S4P) 와이어 수퍼커패시터들의 어레이를 의류 및 방수 직물 상에 니팅한 사진을 도시한 도면이다.
도 13a는 SP와 MC 사이의 광반응에 대한 분자 모델을 도시한 도면이고, 도 13b는 ZnO NWs가 성장되기 이전 (상단) 및 이후 (하단)에 PU 와이어로부터 찍은 SEM 사진들을 도시한 것이다.
도 14는 2S4P 및 단일 와이어 수퍼커패시터에 대한 CV 곡선들을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에서는 다양한 웨어러블 장치에 적용될 수 있는 탄소섬유 기반의 전극을 제조한 다음, 이를 이용하여 와이어 형태의 수퍼커패시터를 제작하고, 제작된 수퍼커패시터를 사용하여 실제 센서에 적용하였다. 상기 탄소섬유 기반의 전극 표면에는 탄소나노튜브 및 V2O5 나노와이어를 코팅하여 전극 용량을 향상시킬 수 있었으며, 전해질로는 리튬염을 포함하는 이온성 액체 기반의 전해질을 사용하여 용량 향상 및 적정 점도를 확보하였다.
따라서, 본 발명에서는, 탄소섬유 가닥들이 머리 땋기 형식으로 꼬여서 와이어 형태로 제조된 탄소섬유전극을 제공한다. 상기 탄소섬유 가닥들은 3개의 탄소섬유 가닥들을 포함할 수 있는데, 예를 들어, 세 가닥의 탄소섬유들을 사용하는 경우, 두 가닥만으로 된 꼬인 탄소섬유에 비해서 와이어 형태의 유지, 길이 및 두께의 조절이 용이하다.
또한, 전술한 바와 같이, 전극 용량의 향상을 위해서, 상기 탄소섬유전극의 표면에는 탄소나노튜브가 코팅될 수 있고, 더 나아가 상기 탄소나노튜브의 표면에는 V2O5 나노와이어가 코팅될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 탄소섬유전극; 고체형 전해질; 및 분리막을 포함하는 와이어 형태의 수퍼커패시터를 제공하는 바, 상기 고체형 전해질은 리튬염을 포함하는 이온성 액체 기반의 전해질로서, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, LiCl 및 Al2O3 나노입자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 분리막은 셀룰로오스 분리막일 수 있는 바, 이는 대략 7 ㎛ 정도의 평균 기공 직경을 가질 수 있고, 전해질에 대해서 탁월한 젖음성을 나타내면서도, 전극들을 효과적으로 절연시킬 수 있다.
더 나아가, 본 발명에서는 상기 와이어 형태의 수퍼커패시터를 사용하여 NO2 센서 및 자외선 센서를 제작하였으며, 제작된 NO2 센서는 직물 상에서 장시간 동안 안정적으로 NO2 가스를 검출하였고, 자외선 센서의 경우에도 직물 상에 부착되어 자외선 조사를 색상으로 검출할 수 있게 하거나, 광전류를 정량적으로 검출할 수 있게 해주었다.
이하, 실시예를 통해서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하되, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
실험 방법
탄소섬유 /탄소나노튜브/ V 2 O 5 나노와이어 전극의 제작
탄소섬유 (Kenis, Japan) 3가닥을 머리 땋기 형식으로 꼬아서 와이어 형태로 제작하였다. 제작된 탄소섬유전극을, 물에 분산되어 있는 -COOH로 관능화된 탄소나노튜브 수용액 (1 mg/ml 농도)에 3초 동안 침지시키고, 65 ℃ 오븐에서 건조하였다. 상기 공정을 6번 반복하여 탄소섬유 표면에 탄소나노튜브를 완전히 코팅하였다. 탄소나노튜브가 코팅된 꼬아진 탄소섬유 전극을 다시 졸-겔 방식으로 성장된 V2O5 나노와이어 수용액 (1 mg/ml 농도)에 1분 동안 침지시키고, 65 ℃ 오븐에서 건조하였다. 상기 공정을 3회 반복하여 V2O5 나노와이어를 탄소나노튜브가 코팅된 꼬아진 탄소섬유 전극 상에 완전히 코팅하였다.
고체형 전해질의 제작
리튬 염을 포함하는 고체형 전해질은 [EMIM][TFSI] (Sigma Aldrich), LiCl (Sigma Aldrich), Al2O3 나노입자 (10 nm, Sigma Aldrich)를 이용하여 합성하였다. 먼저, LiCl 1g을 막자사발에 넣은 후, 10 ml의 [EMIM][TFSI]를 넣고 10분간 교반하였다. 그 후, 1 g의 Al2O3 나노입자를 넣어 전체 점도를 조절하며 10분 동안 교반하였다. 마지막으로, 남은 10 ml의 [EMIM][TFSI]과 1 g의 Al2O3 나노입자를 슬러리에 한번 더 넣고, 20분 동안 교반하였다.
와이어 형태의 슈퍼커패시터 제작
상기 과정에 의해서 제작된 전극 및 고체형 전해질, 그리고 셀룰로오스 분리막 (KIMTECH SCIECE Wiperes Medium, Yuhan-Kimberly Professional)을 이용하여 와이어 형태의 슈퍼커패시터를 제작하였다. 구체적으로, 상기 과정에 의해서 제작된 전극 표면에 구리 선 10cm를 일정하게 감아주어 집전체 역할을 하게 하였다. 이렇게 제작된 전극 두 개를 3 cm × 6 cm 크기의 셀룰로오스 분리막으로 감아주었다. 다음으로, 분리막에 감싸진 전극에, 제작된 고체형 전해질을 붓을 이용하여 전체적으로 균일하게 코팅해 주었다. 상기 전해질 코팅된 와이어 형태의 슈퍼커패시터를 7 cm 직경의 열수축 튜브에 넣어준 후, 전체 조립체를 100 ℃에서 열처리하여 수축시켜 주었다. 이후, 제작된 와이어 형태의 수퍼커패시터의 양 말단을 에폭시 (Devcon, USA)를 이용하여 밀봉해 주었다.
와이어 형태의 NO 2 센서와 자외선 센서 제작
NO2 가스 센서는 울 소재 와이어를 탄소나노튜브 용액 (1 mg/ml 농도)에 침지시켜서, 그 저항값이 1 V에서 ~108Ω이 되도록 제작하였다. 와이어 형태의 자외선 센서는 두 종류로 제작을 하였다. 첫 번째는, 육안 확인이 가능하도록, 자외선에 변색되는 스피로피란 (spiropyran, 에탄올에 분산, Sigma Aldrich) 용액을 폴리우레탄 섬유 상에 코팅하여 제작하였다. 두 번째는, 광전류 측정이 가능하도록, 폴리우레탄 섬유 상에 ZnO 나노와이어를 성장시켜 제작하였다. ZnO 나노선 시드층 형성을 위해서는, 먼저 폴리우레탄 섬유를 zinc acetate dihydrate [Zn(CH3COO)2·2H2O] (0.01M) 수용액 중에 침지시켰다. 이어서, potassium hydroxide (KOH, 0.03 M) 수용액 2 ml를 넣고 15분 동안 초음파처리해 준 후, 65 ℃에서 15분 동안 반응을 진행시켰다. 다음으로, 상기 폴리우레탄 섬유를 용액으로부터 꺼내어 50 ℃에서 5 분 동안 가열하였으며, 이러한 ZnO 시드층 형성 공정을 다시 한번 반복하였다. 동일 농도 (0.05M)의 헥사메틸렌테트라아민과 zinc nitratehexahydrate [Zn(NO3)26H2O] 수용액에 시드층이 형성된 폴리우레탄 와이어를 넣고 95 ℃에서 20 시간 동안 ZnO 나노와이어를 성장시켰다. 최종적으로, 60 ℃에서 ZnO 나노선이 성장된 폴리우레탄 섬유를 건조시킴으로써 잔류 물을 제거하였다.
특성화
샘플 영상은 EOS 7D (Canon) 카메라를 사용하여 획드하였으며, 필드-발광 주사 전자 현미경 (field-emission scanning electron microscopy, FESEM)은 에너지-분산 X-선 (EDX) 셋업 (S-4800, Hitachi)으로 수행하였다. 와이어 수퍼커패시터의 전기화학적 성능은, 전기화학적 분석장치 (Compact Stat, Ivium Technologies)를 사용하여, 사이클릭 볼타메트리 (CV), 갈바노스태틱 충전/방전, 및 Nyquist 플롯 분석에 의해서 분석하였다. 고체 전해질의 유변학적 특성들은 MCR rheometer (MCR 301, Anton Paar)로 측정하였다. 분리막의 기공 분포는 영상 분석 프로그램 (ImageJ, NIH)을 사용하여 분석하였다. UV 및 NO2 기체 검출 특성들은, 각각 365 nm UV 광조사 및 200 ppm NO2 기체 노출 조건으로 프로브 스테이션 시스템 (4155C, MS- TECH and Agilent)을 사용하여 측정하였다.
결과 및 검토
도 1a는 세 가닥의 탄소섬유를 포함하는 꼬인 탄소섬유의 광학 영상을 도시한 도면으로서, 이는 외관상 꼬인 머리카락과 유사하다. 두 가닥만으로 된 꼬인 탄소섬유의 경우에는 와이어 형태를 유지하는데 어려움이 있었다. 그러나, 상기 세 가닥 탄소섬유는 그 와이어 형태를 유지하였으며, 따라서 이러한 방식으로 조절된 길이 및 두께를 갖는 와이어 수퍼커패시터를 제조하는 것이 훨씬 더 용이하였다. 도 2는 단일 꼬인 탄소섬유에 대해서 다양한 위치들에서 측정된 길이 및 두께의 분포를 나타낸 광학 영상들이다.
상기 꼬인 탄소섬유는 평균 노드 길이가 535 ㎛이며, 그 두께는 177 ㎛이다. 도 1b는 제작된 와이어 수퍼커패시터에 대한 개략도로서, CF/MWNT/V2O5 NWs (CMV)를 전극으로, 셀룰로오스 종이를 분리막으로, Li 염-함유 이온성 액체를 고체상 전해질로, 그리고 열적으로 수축가능한 튜브를 캡슐화 물질로서 포함한다. 열적으로 수축가능한 튜브들은 그 방수 및 절연 특성들로 인해서 사용되었다. 도 3은 다양한 색상을 갖는 와이어 수퍼커패시터들에 대한 영상을 도시한 것이다. 도 1b를 참조하면, 와이어 수퍼커패시터는 매듭 및 접힌 구조들과 같은 다양한 형태들로 변형될 수 있다.
도 1c는 순수 탄소섬유 (좌측) 및 CMV 전극들 (우측)에 대한 SEM 영상을 도시한 것이다. 순수 탄소섬유는 평탄한 표면을 가지며, CMVs는 탄소섬유 표면에 MWNT 및 V2O5 NWs를 포함한다. 더 나아가, CMV 표면에 코팅된 V2O5 NWs의 존재는 EDX 매핑에 의해서 확인하였다. MWNTs는 반 데르 발스 상호작용을 통해서 탄소섬유 표면에 부착되며, 이어서 V2O5 NWs가 극성 표면들 사이의 인력을 통해서 CF/MWNT 표면에 부착된다. 이와 유사한 양상이 이전의 연구에서도 보고된 바 있는데, NWs는 음으로 대전된 표면 영역들에 끌리지는 않더라도 비극성 영역에 비해서 극성 표면 영역들을 교차한다 (S. Myung, M. Lee, G. T. Kim, J. S. Ha and S. Hong, Adv . Mater., 2005, 17, 2361).
도 1d는 셀룰로오스 분리막에 대한 광학 (좌측) 및 SEM (중앙 및 우측) 영상들을 도시한 것으로서, 이는 확대된 SEM 영상에서도 볼 수 있는 바와 같이, 다양한 크기의 다수의 기공들을 갖는다. 상기 분리막은 EDX 분석을 통해서 확인되는 바와 같이, 탄소, 수소 및 산소 (C6H10O5)만으로 이루어진다. 상기 분리막의 평균 기공 직경은 영상 분석 결과 7 ㎛ 정도로 측정되었다 (도 4 참조). 더 나아가, 상기 분리막은 전해질에 대해서 탁월한 젖음성을 나타냈으며, 두 개의 전극들을 효과적으로 절연시켰다. 이전의 연구에서도 폴리비닐 알코올 및 산에 기반한 고체 형태 전해질이 유사한 시스템 중에서 사용된 것으로 보고된 바 있지만 (X. Pu , L. Li , M. Liu , C. Jiang , C. Du , Z. Zhao ,W. Hu and Z. L. Wang, Adv . Mater., 2016, 28, 98 등), 이러한 전해질들은 구동 전압이 낮고, 대기 조건에서 용매 (물) 증발 가능성이 있기 때문에 고성능 와이어 수퍼커패시터에 적용되기에는 제한사항이 있다 (D. Kim, G. Lee, D. Kim and J. S. Ha, ACS Appl . Mater. Interfaces, 2015, 7, 4608). 이러한 단점들을 극복하기 위해서, 본 발명에서는 고체 상태 전해질에 기반한 Li 염-보조, 이온성 액체를 합성하였는 바, 이는 1.5 V의 구동 윈도우를 갖는다.
도 5의 (a)는 전해질 성분들에 대한 분자 모델을 나타낸 것이다. 고체 상태 전해질은 [EMIM][TFSI], LiCl, 및 Al2O3 NPs로 구성된다. [EMIM][TFSI]는 1.5 V라는 높은 전압 윈도우를 가지며, LiCl은 V2O5 NWs에 Li 염을 제공하여, 와이어 수퍼커패시터의 용량을 증가시킨다. Al2O3 NPS는 고체 상태 전해질의 점도를 조절하는 중요한 역할을 수행한다. 도 5의 (b)는 혼합된 고체 상태 전해질의 영상을 도시한 것이다. 전해질은 Al2O3 NPs로 인해서 백색 색상을 나타내며, 이온성 액체에 비해서 높은 점도를 나타낸다 (도 5의 (c)). 이온성 액체의 점도는 25 ℃에서 61.14 cP인 반면, 전해질의 복합 점도는 25 ℃, 저각 주파수 범위 (low angular frequency range) 범위 하에서 ~105 poise였다 (1 poise = 100 cP = 0.1 Pa·s). 더 나아가, 측정된 저장 모듈러스 (storage modulus)는 전체 각 주파수 범위에 걸쳐서 손실 모듈러스 (loss modulus)에 비해서 5배 더 큰 값을 나타내었다 (도 5의 (d)). 이러한 유변학적 분석 결과들은 합성된 전해질의 고체형 동역학을 확인해주는 것이다.
한편, 도 6a에는 스캔 속도 0.5 V/s로 측정된, CF, CF/V2O5 NW (CV), CF/MWNT (CM) 및 CMV 전극들에 대한 CV 곡선들을 도시하였다. CMV는 다른 와이어 수퍼커패시터들에 비해서 가장 높은 용량을 나타내었는 바, 이는 몇몇 원인을 추측해볼 수 있다. V2O5 NWs만이 CF 표면에 코팅된 경우에는, 용량이 그다지 증가하지 않았는 바, 이는 NWs가 표면 상에 균일하게 흡착되지 않았기 때문으로 판단된다. 또한, MWNTs만이 CF 표면에 코팅된 경우에는, 용량이 약간 증가하였는데, 이는 표면적이 증가하고, 전도성이 높아졌기 때문으로 판단된다. 그러나, CM 전극들을 구비한 와이어 수퍼커패시터는 V2O5 NWs로부터 유래되는 유사-전기용량 특성을 나타내지 않았다. 따라서, CMV 전극들을 구비한 와이어 수퍼커패시터 (CV 및 CM으로부터의 상승적 효과를 보유)가 고성능 와이어 수퍼커패시터에 대한 이상적인 후보물질이라 할 수 있다. 여기에서, Li+이 V2O5 NWs 내로 삽입되는 것은
Figure 112016074276366-pat00001
로 표시될 수 있으며, 여기에서,
Figure 112016074276366-pat00002
는 Li+ ion의 몰분율이다.
도 6b는 다양한 스캔 속도에서 CMV 전극들을 구비한 와이어 수퍼커패시터에 대한 CV 곡선들을 도시한 것이다. 사각형 형태는 이상적인 와이어 수퍼커패시터의 성능을 나타낸 것이다. 도 6c는 다양한 전류 밀도에서 얻어진 충방전 곡선들을 도시한 것이다. 충방전 곡선으로부터 얻어진 와이어 수퍼커패시터에 대한 면적 용량은 0.1 mA/cm2 전류밀도에서 22.4 mF/cm2였지만, 도 6d에 도시된 바와 같이 전류 밀도가 증가하면서 감소하였다. 면적 용량은 CF를 구비한 와이어 수퍼커패시터의 해당 수치보다 5배 더 큰 값을 나타내었다.
또한, 도 7a를 참조하면, 전류 밀도 0.1 mA/cm2에서 길이 용량이 2.45 mF/cm인 것을 알 수 있다. 2전극 셀에서 와이어 수퍼커패시터의 용량 (Ccell) 및 면적 또는 길이 용량은 하기 식을 사용하여 다른 전류 밀도들에서 그들의 충방전 곡선으로부터 계산하였다:
<식 1>
Figure 112016074276366-pat00003
<식 2>
Figure 112016074276366-pat00004
상기 식에서, I, V, t 및 M은 각각, 와이어 수퍼커패시터의 방전 전류, 전압 범위 (IR-drop 제외), 방전 시간 및 길이 또는 면적을 나타낸다. 또한, 5개의 와이어 수퍼커패시터 샘플들로부터 계산된 평균 면적 용량은 상당히 균일하였는 바, 표준 편차가 10% 미만이었다 (도 7b).
단일 전극에서 CMV 기반의 와이어 수퍼커패시터의 비면적 용량은, 스캔 속도 0.1 mA/cm2에서 89.6 mF/cm2이었다. 단일 전극에서 비면적 또는 길이 용량 (Csp)은 하기 식에 의해서 계산하였다:
<식 3>
Figure 112016074276366-pat00005
상기 비용량 수치는 최근에 보고된 어떠한 와이어 수퍼커패시터보다도 높은 값으로서, 하기 표 1에는 종래 보고된 Csp 수치들과 본 발명에 따른 와이어 수퍼커패시터의 Csp 수치를 비교하였다:
Figure 112016074276366-pat00006
* "this work": 본 발명
[1] X. Pu , L. Li , M. Liu , C. Jiang , C. Du , Z. Zhao ,W. Hu and Z. L. Wang, Adv . Mater., 2016, 28, 98.
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[27] Y. Meng, Y. Zhao, C. Hu, H. Cheng, Y. Hu, Z. Zhang, G. Shi and L. Qu, Adv . Mater., 2013, 25, 2326.
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[31] X. Chen, L. Qiu, J. Ren, G. Guan, H. Lin, Z. Zhang, P. Chen, Y. Wang and H. Peng, Adv . Mater., 2013, 25, 6436.
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[33] Y. Fu, X. Cai, H. Wu, Z. Lv, S. Hou, M. Peng, X. Yu and D. Zou, Adv. Mater., 2012, 24, 5713.
상기 표 1을 참조하면, CMV 기반의 와이어 수퍼커패시터에 대한 비용량은 CF 기반의 와이어 수퍼커패시터의 비용량 수치보다 90배 더 큰 값을 나타내었다. 와이어 수퍼커패시터의 균등 일련 저항 (equivalent serial resistance, ESR)은 도 7c에 도시된 Nyquist 플롯으로부터 23 Ω으로 측정되었다. 에너지 밀도 (E A) 및 출력 밀도 (P A) 수치는 하기 식을 사용하여 계산하였다:
<식 4>
Figure 112016074276366-pat00007
<식 5>
Figure 112016074276366-pat00008
도 6e에 도시된 Ragone 플롯으로부터, 다른 것들과 본 발명의 에너지 및 출력 밀도들을 동일한 방식으로 계산하여 비교하였다. 그 결과, 본 발명에 따른 CMV 전극을 구비한 와이어 수퍼커패시터는 출력 밀도 0.07 mW/cm2 에서 에너지 밀도 7.0 μWh/cm2를 나타내었으며, 에너지 밀도 0.78 μWh/cm2에서 출력 밀도 11.7 mW/cm3을 나타내었다. 이러한 수치는 Pani/carbon 나노튜브 (CNT) (0.15 μWh/cm2, 0.07 mW/cm2) (Q. Meng, K. Wang, W. Guo, J. Fang, Z. Wei and X. She, Small, 2014, 10, 3187), rGO 섬유 (0.56 μWh/cm2, 0.15 mW/cm2) (Y. Huang, H. Hu, Y. Huang, M. Zhu, W. Meng, C. Liu, Z. Pei, C. Hao, Z. Wang and C. Zhi, ACS Nano, 2015, 9, 4766), rGO/CNT (3.8 μWh/cm2, 0.18 mW/cm2) (L. Kou, T. Huang, B.Zheng, Y. Han, X. Zhao, K. Gopalsamy, H. Sun and C. Gao, Nat. Commun ., 2014, 5, 374), 및 rGO/Ni (1.5 ?Wh/cm2, 2.2 mW/cm2) (X. Pu , L. Li , M. Liu , C. Jiang , C. Du , Z. Zhao ,W. Hu and Z. L. Wang, Adv . Mater., 2016, 28, 98) 전극들을 구비한 와이어 수퍼커패시터의 값들보다 월등하게 높은 값이며, 본 발명에 따른 와이어 수퍼커패시터의 탁월한 성능을 반증하는 것이다.
한편, 우수한 전기화학적 성능에 더해서 긴 사이클링 내구성을 갖는 것도 중요한 사항이다. 관련해서, 도 6f는 본 발명에 따른 와이어 수퍼커패시터가 탁월한 사이클링 안정성을 갖는다는 것을 보여주는 바; 전류 밀도 5 mA/cm2에서 10,000 사이클이 경과한 이후에도 ~94.6%의 초기 용량이 유지되었고, 100%의 쿨롱 효율이 유지되었다. 더 나아가, 10,000 사이클 이후에도 충방전 곡선의 삼각형 형태가 거의 변화하지 않았다 (도 6f의 삽입 도면).
도 8a는 다양한 벤딩 반경에서 본 발명에 따른 와이어 수퍼커패시터의 기계적 안정성을 도시한 도면이다. 와이어 수퍼커패시터는 3.5 mm의 반경 (r)까지 안정적으로 구동되었다. 또한, 도 8b에 도시된 바와 같이, 평평한 상태로부터 r = 3.5 mm에 이르기까지 1,000 벤딩 사이클 이후에도 그 초기 용량을 98.7% 유지하였다. 도 8b의 삽입 도면에 도시된 충방전 곡선 또한 이상적인 삼각형 형태를 보여주며, 이는 벤딩 사이클의 횟수에 상관이 없었다. 또한, 본 발명에 따른 와이어 수퍼커패시터는, 도 8c에 도시된 바와 같이, 굽힘, 매듭 및 접혀진 상태 하에서 어떠한 열화 특성도 나타내지 않았다. 도 8c의 삽입 도면들은 직선형, 매듭형 및 접힌 상태의 영상들을 보여주며, 본 발명에 따른 와이어 수퍼커패시터가 웨어러블 장치에 사용하기에 적합하다는 사실을 보여준다.
도 9는 매듭 및 접혀진 와이어 수퍼커패시터에 대한 사진, CV 및 충방전 곡선을 도시한 도면이다. 도 9를 참조하면, 두 개의 그래프들은 변형 조건 하에서도 탁월한 전기화학적 특성들을 나타낸다. 또한, 충방전 곡선은 와이어 수퍼커패시터를 물에 담근 상태에서 5 mA/cm2의 스캔 속도로 측정하였다. 6 시간 동안 10,000 사이클 이상 충방전 실험을 수행한 후, 초기 용량의 거의 100%가 유지되었다 (도 8d 참조). 연속적 및 평행으로 연결된 와이어 수퍼커패시터의 안정적 성능도 확인하였는 바; 두 개 및 세 개의 와이어 수퍼커패시터들이 연속으로 연결되는 경우, 구동 전압은 각각 3.0 V 및 4.5 V로 증가하였으며, 구동 시간은 동일하게 유지되었다 (도 8e 참조). 두 개 및 세 개의 와이어 수퍼커패시터들이 평행으로 연결되는 경우, 각각의 셀 용량은 스캔 속도 0.5 V/s에서 약 2배 (2.04 mF) 및 3배 (2.87 mF)로 증가하였다 (도 8f 참조). 연속 및 평행으로 연결된 와이어 수퍼커패시터들의 안정적인 전기화학적 성능을 통해서, 본 발명에 따른 와이어 수퍼커패시터를 웨어러블 장치의 다양한 전자 회로들에 적용할 수 있다는 사실을 확인할 수 있다.
도 10a는 1-15 cm로 길이를 변화시켜가면서 CMV 전극 (좌측) 및 와이어 수퍼커패시터 (우측)를 사진 촬영한 도면이다. 와이어 수퍼커패시터의 길이를 증가시킴으로써, 충방전 전류 및 방전 시간 역시 함께 증가하였다 (도 10b 및 10c). 도 10d는 다양한 와이어 수퍼커패시터 길이 조건에서 셀 용량 및 길이 용량을 도시한 도면이다. 와이어 수퍼커패시터의 길이가 증가함에 따라서, 셀 용량 또한 선형으로 증가하였다. 그러나, 총 와이어 수퍼커패시터의 길이에 관계없이 길이 용량은 일정하게 ~0.3 mF/cm로 유지되었다. 더 나아가, 3가지 다른 와이어 수퍼커패시터로부터 측정된 평균 용량은, 매우 짧은 와이어 수퍼커패시터 (< 3 cm)를 제외하고는 상당히 균일하였는데, 이는 저항의 대량 분포로 인한 것이다. 다양한 길이 범위에서 길이 용량이 이와 같이 균일하게 유지되는 것은, 길이를 증가시킴에 따라서 저항 증가에 비해서 용량 증가가 두드러지기 때문이다. 이러한 결과는 본 발명에 따른 와이어 수퍼커패시터를 에너지 저장 장치에 유용하게 사용할 수 있다는 것을 의미하는 바, 이에는 고용량을 가지면서도 최소의 용량 손실이 수반되는 긴 와이어 수퍼커패시터가 필요하다.
본 발명에 따른 와이어 수퍼커패시터를 웨어러블 에너지 저장 장치로서 적용가능한지 확인하기 위해서, 이를 직물 상에 니팅 (knitting)하여 통합 센서 장치를 구동시켰다. 도 11은 직물 상에 통합된 와이어 수퍼커패시터 및 LEDs를 도시한 영상 및 회로 다이어그램이며, 도 11에서는 6개의 와이어 수퍼커패시터들이 두 개의 연속적인 연결 및 3개의 평행 연결을 이루면서 8개의 적색 LEDs (1.8 V) 및 6개의 황색 LEDs (2.1 V)를 연결하고 있다. 3 V 배터리를 사용하여 1분 동안 와이어 수퍼커패시터를 충전한 후, 연결된 LED 어레이는 안정적으로 켜졌다.
본 발명에 따른 와이어 수퍼커패시터는 또한 직물 상에 통합된 와이어-타입 환경 센서들을 구동할 수도 있다. MWNTs를 양모 와이어 상에 코팅함으로써 NO2 가스 센서를 제조하였다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 와이어 형태의 NO2 가스 센서 및 제작된 와이어 수퍼커패시터는 니팅을 통해서 직물 상에 통합되었다. 3개의 평행으로 연결된 와이어 수퍼커패시터를 통해서, 센서는 안정적으로 400초 동안 구동될 수 있었다. NO2 기체에 대한 노출에 따른 on/off 비율은 1 V 배터리를 사용하여 관찰한 경우와 거의 동일하였다. 공기-노출된 p-MWNT 상에 NO2 기체가 흡착됨으로써 전자-정공 (e-h) 쌍들로부터 전자들이 추출되고, MWNT 표면 상에 흡착된 NO2 -가 형성된다. 결과적으로, MWNT의 정공 농도가 증가하고, 이는 다시 전류를 증가시키게 된다.
다음으로, 본 발명에서는 365 UV광을 검출하기 위해서 와이어 형태의 UV 센서를 제작하였다. 하나의 센서는 스피로피란 (SP) 코팅된 PU 와이어이고, 다른 하나는 PU 와이어 상에 성장된 ZnO NWs였다. UV에 노출시킴에 따라서, SP 코팅된 PU 와이어의 색상 변화와, ZnO로부터의 광전류가 3개의 평행으로 연결된 와이어 수퍼커패시터로 검출될 수 있었다 (도 12b). 투명한 SP 센서는 UV 광 하에서 자주색 색상을 나타내었다. SP 분자들은 두 개의 헤테로사이클릭 관능기들이 탄소 원자에 의해서 결합되어 직교 평면들 중에 위치한다. 고체 상태에서는, SP는 광색성을 나타내지 않지만, 용액 또는 건조 상태에서는 250-380 nm 파장을 갖는 UV 광에 노출되면 색상이 변화될 수 있다. 상기 C-O 결합을 분해함으로써, UV 광은 SP를 색상 발광 메로시아닌 (merocyanin, MC) 형태로 변화시키게 된다. 무색 분자들의 구조는 산물에 비해서 열동역학적으로 더욱 안정한 바, 이는 저장되는 용매에 의존성을 나타낸다. SP와 MC 사이의 광반응에 대한 분자 모델들이 도 13a에 도시되어 있다.
도 13b는 ZnO NWs가 성장되기 이전 (상단) 및 이후 (하단)에 PU 와이어로부터 찍은 SEM 사진들을 도시한 것이다. ZnO NWs의 평균 길이 및 직경은 각각 7.5 ㎛ 및 1.O ㎛였다. ZnO NW 센서는 365 nm UV 광에 대해서 0.7 mW/cm2 강도로 노출 조건 하에서 대전된 와이어 수퍼커패시터를 사용하여 700초 동안 구동되었다. UV 검출 동안 120 nA의 일정한 광전류가 측정되었다. ZnO NW 센서의 감도는 대략 4였으며, 이는 하기 식에 따라서 계산되었다:
<식 6>
Figure 112016074276366-pat00009
상기 식에서, I light, I dark, 및 I ph는 각각 UV 광 존재시 전류, UV 광 부존재시 전류, 및 광전류를 나타낸다. 비록 센서가 기존 연구들에 비해서 매우 높은 감도를 나타내지는 않았지만, 본 발명에 따른 와이어 타입 센서는 웨어러블 시스템에 사용되기에 더욱 적합한 특성을 갖는다.
다음으로, 두 개의 연속적 및 네 개의 평행 연결된 (2S4P) 와이어 수퍼커패시터들의 어레이를 의류 및 방수 직물 상에 니팅하였다 (도 12c 및 12d). 2S4P 어레이의 구동 전압 및 용량은 이상적으로 단일 와이어 수퍼커패시터에 비해서 2배 더 높은 값을 나타내었다.
도 14는 2S4P 및 단일 와이어 수퍼커패시터에 대한 CV 곡선들을 도시하였다. 2S4P WSC 회로는 도 12d의 삽입 도면에 도시하였다. 배터리로 1 분 동안 충전된 이후에, 와이어 수퍼커패시터 어레이는 도 12c에 도시된 바와 같이 4개의 LEDs를 구동시켰다. 더 나아가, 방수 직물 상에 니팅된 WSC 어레이 역시 물 살포 조건 하에서 LEDs를 안정적으로 구동시켰다 (도 12d).
종합하면, 본 발명에서는 직물 상에 UV/NO2 센서와 통합된 고성능 와이어 수퍼커패시터 어레이를 제작하였다. CMV 전극들, 셀룰로오스 분리막, 및 Li 염을 포함하는 이온성 액체 고체 상태 전해질을 사용함으로써, 제작된 와이어 수퍼커패시터는 변형 조건 하에서 탁월한 기계적 안정성을 나타내었을 뿐만 아니라, 높은 전기화학적 성능을 나타내었다 (1.5 V의 연장 전압 윈도우 및 89.6 mF/cm2의 면적 용량). 더 나아가, 캡슐화에 의해서 본 발명에 따른 와이어 수퍼커패시터가 물 속에서도 안정적인 성능을 나타냄을 확인하였다. 또한, 와이어 수퍼커패시터의 어레이는 저장된 에너지를 사용하여 직물 상에서 통합된 와이어 타입의 NO2 기체 및 UV 센서를 성공적으로 구동시켰다. 상기 결과들은 본 발명에 따른 와이어 수퍼커패시터가 다양한 웨어러블 장치에 성공적으로 적용될 수 있는 가능성을 시사하는 것이라 하겠다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 탄소섬유전극; 고체형 전해질; 및 분리막을 포함하며,
    상기 탄소섬유전극은,
    탄소섬유 가닥들이 머리 땋기 형식으로 꼬여서 와이어 형태로 제조되고,
    상기 탄소섬유 가닥들은 3개로,
    3개의 상기 탄소섬유 가닥 중
    어느 하나의 제1 탄소섬유 가닥은, 다른 제2 탄소섬유 가닥의 상부로 교차되어, 상기 제2 탄소섬유 가닥과 또 다른 제3 탄소섬유 가닥 사이로 연장되고,
    상기 제3 탄소섬유 가닥은, 상기 제1 탄소섬유 가닥의 상부로 교차되어, 상기 제1 탄소섬유 가닥과 상기 제2 탄소섬유 가닥 사이로 연장되며,
    상기 제2 탄소섬유 가닥은, 상기 제3 탄소섬유 가닥의 상부로 교차되어, 상기 제3 탄소섬유 가닥과 상기 제1 탄소섬유 가닥 사이로 연장되는 방식으로 반복되고,
    상기 고체형 전해질은 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, LiCl 및 Al2O3 나노입자를 포함하는 와이어 형태의 수퍼커패시터.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 분리막은 셀룰로오스 분리막인 것을 특징으로 하는 와이어 형태의 수퍼커패시터.
  8. 제5항에 따른 와이어 형태의 수퍼커패시터를 포함하는 NO2 센서.
  9. 제5항에 따른 와이어 형태의 수퍼커패시터를 포함하는 자외선 센서.
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