산소 플라즈마 처리를 통한 궐련형 담배 폐기물 기반 탄소의 표면 개질 및 전기화학적 성능 개선 = Improvement of Electrochemical Performance of Heated Tobacco Waste-based Carbon Material via O2 Plasma Treatment

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 대기중에서 산소 플라즈마 처리를 통해 궐련형 전자담배 폐기물의 담뱃잎으로 제조한 탄소 물질의 친수성과 전극과의 표면 접착성을 향상시키고자 하였으며, 슈퍼커패시터 전극용 활물질의 비정전용량을 향상시키고자 하였다. 먼저, 궐련형 담배 폐기물에서 담뱃잎을 분리하여 세척 공정과 건조를 진행하고, 질소 환경에서 탄화를 통해 슈퍼커패시터용 탄소 물질을 제조하였다. 추가적인 전기화학적 성능 향상을 위해 탄소 물질에 산소 플라즈마 처리를 진행하여 물질의 표면에 친수성기를 부여하여 젖음성을 향상시키고자 하였다. 제조한 탄소 물질을 슈퍼커패시터 전극용 활물질로 제조 후 3전극 테스트를 통한 전기화학 성능 측정을 진행하였으며, 산소 플라즈마의 120W 파워에서 약 30초간 표면처리를 진행한 탄소 기반의 전극이 플라즈마 처리를 하지 않은 탄소 기반의 전극보다 약 1.5배 높은 비정전용량이 측정되었다. 이는 산소 플라즈마 처리를 통해 탄소 물질 표면에 친수성기를 부여하여 젖음성을 향상시켜 전극과의 표면 접착성이 향상되었기 때문이다. 본 실험을 통해 산소 플라즈마 처리를 진행하여 궐련형 전자담배의 폐기물에서 수거한 담뱃잎 기반의 탄소 물질의 전기화학적 성능을 증가시켰으며, 바이오매스로 제조한 물질의 기존 성능을 간단한 방법으로 향상시킬 수 있는 방안에 대해 제시하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

An oxygen (O2) atmospheric plasma treatment is employed to carbon precursor to enhance the hydrophilicity and wettability. The plasma-treated carbon is then applied as active materials for supercapacitor electrode to enhance the specific capacitance. First, tobacco leaves are separated from heated tobacco waste, followed by washing and drying process. The subsequent carbonization under nitrogen atmosphere is performed to obtain carbonized tobacco leaves (CTL).
The O2 plasma treatment is employed on as-synthesized CTL to provide hydrophilic functional groups which enhances the wettability. In a three-electrode system, CTL treated with a plasma power of 120W for 30 s exhibits 1.5-fold higher specific capacitance compared to CTL without a treatment of plasma, owing to the improved adhesive property with the electrode. As a result, a O2 plasma treatment have increased the specific capacitance of CTL, suggesting the facile method to enhance the electrochemical performance of carbonized materials synthesized from biomass wastes.

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