Converting crosslinked polyethylene waste into activated carbon materials and their electrochemical properties as supercapacitor electrodes

Abstract

활성탄소재는 넓은 비표면적 특성과 경제적 장점으로부터 상용 슈퍼커패시터용 전극물질로 활발히 사용된다. 따라서 많은 연구자들은 슈퍼커패시터의 전기화학적 성능 증대 목적으로 활성탄소재에 대한 연구를 수행하고 있다. 대표적인 연구방향 중 하나는 다양한 출발물질에 대해 활성화 방법을 조절하는 것이다[1]. 특히 최근에는 다양한 폐자원 물질들을 출발물질로 활용하여 활성탄소재료로 전환하는 연구들이 상당수 보고되고 있다[2,3]. 폴리에틸렌 (PE)는 우수한 경제성으로부터 안정적 공급이 가능한 플라스틱자원이다. PE는 이러한 특징으로부터 인류에게 상당한 편리함을 제공하지만 최근에는 PE폐기물의 증가가 환경문제에 대한 우려를 증가시키고 있다. 따라서 PE를 활성탄소 등의 유용한 물질로 전환하고자하는 시도가 활발하다 [4-6]. 그러나 PE의 한 종류인 가교PE (XLPE)에 대한 활성탄소의 전환에 대한 보고는 현재까지 전무한 상태이다. 본 연구에서는 XLPE를 고성능 슈퍼커패시터용 전극 활성탄소재로 전환하고자 시도하였다. XLPE를 활성탄소로 전환하기 위해 황산화과정, 탄화과정, 활성화과정을 순차적으로 수행하였다. 이 때, 활성화과정 중 활성화 온도와 활성화제의 양을 조절함으로써 다양한 특성을 지닌 XLPE기반 활성탄소재료를 제조하였다. 제작 활성탄소재료 중 XA8K6은 우수한 비표면적 특성과 전기전도도 특성으로부터 상용활성탄소 대비 슈퍼커패시터 전극으로서 높은 전기화학적 성능을 나타냈다. 최종적으로 본 연구에서는 XLPE가 고성능 슈퍼커패시터 제작을 위한 출발물질로서 매우 유망한 물질인 것을 확인했다.