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2019 CE
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◇ 전기화학 소자는 배터리, 액추에이터, 슈퍼커패시터, 센서 등 다양한 분야에서 사용된다. 그 중 슈퍼 커패시터는 축전용량이 큰 에너지 저장 장치로, 전극과 전해질 계면으로의 단순한 이온 이동이나 표면화학반응에 의한 충전현상을 이용한다. 이러한 특성으로 휴대통신기기 및 가전제품의 메모리 백업 전원과 무정전 전원 장치, EV에서의 주전원 및 보조전원 등에 활용되고 있으며, 가장 보편적으로 사용되고 있는 이차전지보다 높은 출력 특성과 빠른 응답속도, 긴 수명, 효율이 높은 충 방전 특성을 가져, 최근 슈퍼커패시터의 시장 규모 확대와 함께 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. | ◇ 전기화학 소자는 배터리, 액추에이터, 슈퍼커패시터, 센서 등 다양한 분야에서 사용된다. 그 중 슈퍼 커패시터는 축전용량이 큰 에너지 저장 장치로, 전극과 전해질 계면으로의 단순한 이온 이동이나 표면화학반응에 의한 충전현상을 이용한다. 이러한 특성으로 휴대통신기기 및 가전제품의 메모리 백업 전원과 무정전 전원 장치, EV에서의 주전원 및 보조전원 등에 활용되고 있으며, 가장 보편적으로 사용되고 있는 이차전지보다 높은 출력 특성과 빠른 응답속도, 긴 수명, 효율이 높은 충 방전 특성을 가져, 최근 슈퍼커패시터의 시장 규모 확대와 함께 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. | ||
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◇ 전극과 전해질 계면 사이의 이온 이동을 이용하는 슈퍼커패시터에 대한 기대가 커지면서 이에 적용되는 전해질에 대한 개발도 함께 이루어지고 있다. 현재, 이온성 액체에 3차원 그물망 구조를 형성하는 고분자를 첨가하여 이온들의 움직임을 방해하지 않는 전해질이 연구되고 있다. 이것을 이온 젤이라 부르는데, 이온성 액체 내에서 3차원 구조를 형성하는 물질로는 실리카, 블록공중합체 등이 있으며 이러한 고분자들을 이용하여 고체 상태의 이온 젤을 형성할 수 있다. 이온 젤 기반 전해질은 이온성 액체의 전기적 특성, 고분자의 기계적 물성과 함께 높은 안정성을 갖는다. | ◇ 전극과 전해질 계면 사이의 이온 이동을 이용하는 슈퍼커패시터에 대한 기대가 커지면서 이에 적용되는 전해질에 대한 개발도 함께 이루어지고 있다. 현재, 이온성 액체에 3차원 그물망 구조를 형성하는 고분자를 첨가하여 이온들의 움직임을 방해하지 않는 전해질이 연구되고 있다. 이것을 이온 젤이라 부르는데, 이온성 액체 내에서 3차원 구조를 형성하는 물질로는 실리카, 블록공중합체 등이 있으며 이러한 고분자들을 이용하여 고체 상태의 이온 젤을 형성할 수 있다. 이온 젤 기반 전해질은 이온성 액체의 전기적 특성, 고분자의 기계적 물성과 함께 높은 안정성을 갖는다. | ||
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◇ 적절한 응용분야를 찾지 못해 상용화되지 못했던 전기변색기술은 새로운 디스플레이의 개발, 에너지 위기, 안전성을 추구하는 시대적 흐름에 맞춰 새롭게 조명을 받고 있다. 현재 자동차용 거울, 스마트 윈도우 등으로 쓰이고 있으며 투명 디스플레이, 반사형 디스플레이 등의 전기변색 방식 디스플레이 및 전기변색 슈퍼커패시터(ECS), 전자가격 표시 장치(ESL) 등에도 활용될 것으로 전망된다. | ◇ 적절한 응용분야를 찾지 못해 상용화되지 못했던 전기변색기술은 새로운 디스플레이의 개발, 에너지 위기, 안전성을 추구하는 시대적 흐름에 맞춰 새롭게 조명을 받고 있다. 현재 자동차용 거울, 스마트 윈도우 등으로 쓰이고 있으며 투명 디스플레이, 반사형 디스플레이 등의 전기변색 방식 디스플레이 및 전기변색 슈퍼커패시터(ECS), 전자가격 표시 장치(ESL) 등에도 활용될 것으로 전망된다. | ||
====개발 과제의 목표 및 내용==== | ====개발 과제의 목표 및 내용==== | ||
◇ 현재까지 EC기술에 사용된 전해질의 역사와 흐름을 인지하고, 사용되고 있는 전해질의 종류와 조건을 파악한다. | ◇ 현재까지 EC기술에 사용된 전해질의 역사와 흐름을 인지하고, 사용되고 있는 전해질의 종류와 조건을 파악한다. | ||
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◇ EC기술은 전기변색 물질의 산화/환원 반응을 원리로 한다. 대표적인 변색 물질은 크게 금속 산화물, 전도성 고분자, 바이올로젠과 같은 유기 저분자가 존재한다. 예로 의 환원 반응을 통해 변색 과정이 유도될 수 있는데, 전압이 가해져 그림 4의 양이온 라디칼 형태가 되면 노란색에서 파란색으로 색이 바뀌게 된다. 이는 상온에서 비교적 높은 이온전도도와 기계적 물성, 변색 효율을 갖으며, 낮은 전압에서도 안정적인 구동이 가능하다. 또한 변색을 유도하고 그 색을 유지하는데 필요로 하는 전력 소모량이 낮아 저전력 디스플레이와도 견줄 수 있는 수준이라고 보고된 바 있다. 따라서 EC기술의 우수한 특성을 살린 ECD에 대해 자세히 알아보고자 한다. | ◇ EC기술은 전기변색 물질의 산화/환원 반응을 원리로 한다. 대표적인 변색 물질은 크게 금속 산화물, 전도성 고분자, 바이올로젠과 같은 유기 저분자가 존재한다. 예로 의 환원 반응을 통해 변색 과정이 유도될 수 있는데, 전압이 가해져 그림 4의 양이온 라디칼 형태가 되면 노란색에서 파란색으로 색이 바뀌게 된다. 이는 상온에서 비교적 높은 이온전도도와 기계적 물성, 변색 효율을 갖으며, 낮은 전압에서도 안정적인 구동이 가능하다. 또한 변색을 유도하고 그 색을 유지하는데 필요로 하는 전력 소모량이 낮아 저전력 디스플레이와도 견줄 수 있는 수준이라고 보고된 바 있다. 따라서 EC기술의 우수한 특성을 살린 ECD에 대해 자세히 알아보고자 한다. | ||
2020년 12월 15일 (화) 06:34 판
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 이온 젤 전해질 기반 전기변색 슈퍼커패시터
영문 : Electrochromic Supercapacitor based on Ion Gel Electrolytes
과제 팀명
4조
지도교수
문홍철 교수님
개발기간
2020년 9월 ~ 2020년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 화학공학과 2014340031 윤창하(팀장)
서울시립대학교 화학공학과 2017890081 황예지
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
◇ 기존에 사용되고 있는 Electrolytes의 종류와 특징 및 문제점에 대해 조사한다. ◇ Ion Gel의 역할 및 특성과 활용, Ion Gel을 형성 및 제조할 수 있는 여러 가지 시스템에 대해 연구한다. ◇ Electrochromic(EC) behavior의 원리 및 특성을 파악하고, 현재 활용되고 있는 Electrochromic Devices(ECD)에 대해 조사하고 정리한다. ◇ Ion Gel Electrolytes 기반 Electrochromic Supercapacitor(ECS)의 특성과 활용도에 대해 연구한다.
개발 과제의 배경
◇ 전기화학 소자는 배터리, 액추에이터, 슈퍼커패시터, 센서 등 다양한 분야에서 사용된다. 그 중 슈퍼 커패시터는 축전용량이 큰 에너지 저장 장치로, 전극과 전해질 계면으로의 단순한 이온 이동이나 표면화학반응에 의한 충전현상을 이용한다. 이러한 특성으로 휴대통신기기 및 가전제품의 메모리 백업 전원과 무정전 전원 장치, EV에서의 주전원 및 보조전원 등에 활용되고 있으며, 가장 보편적으로 사용되고 있는 이차전지보다 높은 출력 특성과 빠른 응답속도, 긴 수명, 효율이 높은 충 방전 특성을 가져, 최근 슈퍼커패시터의 시장 규모 확대와 함께 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.
◇ 전극과 전해질 계면 사이의 이온 이동을 이용하는 슈퍼커패시터에 대한 기대가 커지면서 이에 적용되는 전해질에 대한 개발도 함께 이루어지고 있다. 현재, 이온성 액체에 3차원 그물망 구조를 형성하는 고분자를 첨가하여 이온들의 움직임을 방해하지 않는 전해질이 연구되고 있다. 이것을 이온 젤이라 부르는데, 이온성 액체 내에서 3차원 구조를 형성하는 물질로는 실리카, 블록공중합체 등이 있으며 이러한 고분자들을 이용하여 고체 상태의 이온 젤을 형성할 수 있다. 이온 젤 기반 전해질은 이온성 액체의 전기적 특성, 고분자의 기계적 물성과 함께 높은 안정성을 갖는다.
◇ 적절한 응용분야를 찾지 못해 상용화되지 못했던 전기변색기술은 새로운 디스플레이의 개발, 에너지 위기, 안전성을 추구하는 시대적 흐름에 맞춰 새롭게 조명을 받고 있다. 현재 자동차용 거울, 스마트 윈도우 등으로 쓰이고 있으며 투명 디스플레이, 반사형 디스플레이 등의 전기변색 방식 디스플레이 및 전기변색 슈퍼커패시터(ECS), 전자가격 표시 장치(ESL) 등에도 활용될 것으로 전망된다.
개발 과제의 목표 및 내용
◇ 현재까지 EC기술에 사용된 전해질의 역사와 흐름을 인지하고, 사용되고 있는 전해질의 종류와 조건을 파악한다.
◇ EC기술은 전기변색 물질의 산화/환원 반응을 원리로 한다. 대표적인 변색 물질은 크게 금속 산화물, 전도성 고분자, 바이올로젠과 같은 유기 저분자가 존재한다. 예로 의 환원 반응을 통해 변색 과정이 유도될 수 있는데, 전압이 가해져 그림 4의 양이온 라디칼 형태가 되면 노란색에서 파란색으로 색이 바뀌게 된다. 이는 상온에서 비교적 높은 이온전도도와 기계적 물성, 변색 효율을 갖으며, 낮은 전압에서도 안정적인 구동이 가능하다. 또한 변색을 유도하고 그 색을 유지하는데 필요로 하는 전력 소모량이 낮아 저전력 디스플레이와도 견줄 수 있는 수준이라고 보고된 바 있다. 따라서 EC기술의 우수한 특성을 살린 ECD에 대해 자세히 알아보고자 한다.
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
내용
- 특허조사 및 특허 전략 분석
내용
- 기술 로드맵
내용
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
내용
- 마케팅 전략 제시
내용
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
내용
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
내용
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
내용
구성원 및 추진체계
내용
설계
설계사양
제품의 요구사항
내용
설계 사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
내용
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
내용
향후계획
내용
특허 출원 내용
내용
