전기방사와 산소 플라즈마 처리를 활용한 폐비닐 기반의 분리막 합성 및 전기화학적 성능 향상 연구

• 영문명: Preparation of Vinyl Waste-derived Separator and Enhancement of Electrochemical Performance using Electrospinning and Plasma Treatment
• 발행기관: 유기성자원학회
• 저자명: 김찬교 라윤호 제갈석 윤창민
• 간행물 정보: 『유기물자원화』제32권 제1호, 31~38쪽, 전체 8쪽
• 주제분류: 공학 > 환경공학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2024.03.31

국문 초록

In this study, vinyl waste, which is the cause of environmental pollution, is recycled via an electrospinning method and applied as a separator that can be employed for energy storage devices. In detail, vinyl wastes are dissolved in a solution containing p-xylene and cyclohexanone, followed by electrospinning to obtain a vinyl waste-derived separator(VWS), and then the hydrophilic functional groups on the surface of VWS are introduced using a plasma treatment to improve wettability. Scanning electron microscopy analysis have verified that the shape and thickness of as-spun VWS vary depending on the concentration of vinyl waste. The surface hydrophility of VWS is modified by plasma treatment with applied powers ranging from 80 to 120W. The lowest contact angle is observed when the 100W power is applied to VWS(VWS-100W). In electrochemical analysis, the VWS-100W-based supercapacitor device shows the highest specific capacitance of 57.9 F g-1. This is ascribed to the high porosity achieved by electrospinning as well as the introduction of hydrophilic functional groups by the oxygen plasma treatment. In conclusion, vinyl waste is successfully recycled into separators for energy storage devices, suggesting a new way to reduce environmental pollution.

영문 초록

본 연구에서는 환경오염의 원인인 폐비닐을 전기방사를 통해 재활용하여 에너지 저장매체에 쓰이는 분리막으 로 응용하고자 하였다. 상세히는, 폐비닐은 고분자 용액으로 만들어 전기방사 하여 비닐 폐기물 기반 분리막(VWS)를 얻은 후, 플라즈마 처리를 통해 분리막의 젖음성을 향상시켰다. FE-SEM 분석을 통해 비닐 폐기물의 농도에 따른 VWS의 형상과 두께가 달라지는 것을 확인하였다. 또한, 플라즈마 세기를 80-120W 범위로 처리하여 VWS의 젖음성을 향상시켰다. 상세히는, 플라즈마 세기를 100W로 인가하였을 때 가장 낮은 접촉각이 관찰되었으며, 전기화학 성능은 57.9F g-1로 가장 높은 비용량을 보인다. 이는 전기방사로 달성한 높은 기공도 뿐만 아니라 산소 플라즈마 처리로 도입된 친수성 작용기에 기인한다. 결론적으로, 환경오염을 유발하는 폐비닐을 전기방사와 상압 산소 플라즈마 처리를 통해 에너지 저장매체의 분리막 소재로 활용할 수 있는 가능성을 제시하였다.

키워드

Vinyl waste Polyethylene Electrospinning Separator Supercapacitor 폐비닐 폴리에틸렌 전기방사 분리막 슈퍼커패시터