We synthesized nitrogen-doped carbon nanofiber for supercapacitor applications. Melamine is used as nitrogen source. 4 wt% of nitrogen is doped, and it consists of pyridinium, pyrrole, and quaternary nitrogen The electrochemical surface area increased from 0.28 $\mu$cm$^{2}$ to 0.40 $\mu$cm$^{2}$ due to the nitrogen doping, and the electrochemical impedance decreased from 249 to 63 $\Omega$ at 100 Hz. Finally, the specific capacitance was enhanced from 71 F/g to 192 F/g (at 0.5 A/g), which is almost three times higher, compared to the precursor carbon nanofiber. A high specific energy of 17 Wh/kg with a specific power of 200 W/kg was obtained from a symmetric supercapacitor device. Capacitance retention of 87% and coulombic efficiency of 81% after 3,000 cycles prove relatively good rate capability and cyclic stability.

Keywords: Carbon nanofiber, Nitrogen doping, Supercapacitor

슈퍼커패시터 응용을 위해 질소 도핑 된 탄소나노섬유를 멜라민을 사용하여 합성하였다. 도핑된 질소의 양의 4wt%이었으며, 질소의 화학적 종류는 피리디엄, 피롤, 쿼터너리 질소로 구성되었다. 전기화학적으로 측정한 표면적은 질소 도핑 후 0.28 $\mu$cm$^{2}$에서 0.40 $\mu$cm$^{2}$으로 증가했으며, 100 Hz에서 전기화학적 임피던스는 249 $\Omega$에서 63 $\Omega$으로 감소했다. 결과적으로, 0.5 A/g 의 전류 밀도에서 측정한 비전기용량은 71 F/g에서 192 F/g으로 향상되었는데, 이는 전구체 탄소나노섬유에 비해 거의 3배 높은 수치이다. 17 Wh/kg의 높은 에너지밀도와 200 W/kg의 출력밀도를 대칭형 슈퍼커패시터 소자로부터 얻었으며, 3,000 사이클 후에 87%의 전기용량 유지 및 81%의 쿨롱 효율을 얻음으로써 비교적 우수한 속도 성능과 주기적 안정성을 보여주고 있다.

Keywords: 탄소나노 섬유, 질소 도핑, 슈퍼커패시터