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구형 다공성 탄소입자의 리튬-황 전지 적용에 대한 연구

Study on Spherical Porous Carbon Particles for Lithium-Sulfur Batteries,

이정연 (Jungyeon Lee, 서강대학교 일반대학원)

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초록/요약moremore
리튬-황 전지는 현 상용화된 리튬-이온 전지 대비 이론적으로 고용량, 고에너지 밀도를 가져 차세대 전지로 주목받고 있다. 그러나 활 물질인 황은 낮은 전기전도도를 가져 전도도가 뛰어난 소재와의 복합화가 필수불가결하고 충방전 중 중간 생성물(lithium polysulfide, Li2S4~8)의 음극으로의 용출로 용량 발현이 감소되는 문제점이 있다. 따라서, 탄소 소재의 기공 제어를 통해 안정하게 황의 담지량을 높이고 중간 생성물의 용출 억제 위한 연구들이 많이 진행되고 있다. 본 연구에서는 구형 폴리스티렌 입자를 탄화하여 탄소 입자를 제작하는 과정에 ZnO 껍질을 도입하여 다공성 입자를 제작하였고 이를 리튬-황 전지의 양극으로 적용한다. 특히, 다양한 기공 부피에 따른 리튬-황 전지에서의 용량의 구현과 안정성을 평가한다. 최적화된 다공성 입자를 리튬-황 전지에 적용하여 충방전 테스트를 진행하였을 시 2C-rate조건에서 초기용량 752mAh/g와, 300회의 충방전 동안에도 76%의 안정적인 수명 유지율을 얻었다.
리튬-황 전지는 현 상용화된 리튬-이온 전지 대비 이론적으로 고용량, 고에너지 밀도를 가져 차세대 전지로 주목받고 있다. 그러나 활 물질인 황은 낮은 전기전도도를 가져 전도도가 뛰어난 소재와의 복합화가 필수불가결하고 충방전 중 중간 생성물(lithium polysulfide, Li2S4~8)의 음극으로의 용출로 용량 발현이 감소되는 문제점이 있다. 따라서, 탄소 소재의 기공 제어를 통해 안정하게 황의 담지량을 높이고 중간 생성물의 용출 억제 위한 연구들이 많이 진행되고 있다. 본 연구에서는 구형 폴리스티렌 입자를 탄화하여 탄소 입자를 제작하는 과정에 ZnO 껍질을 도입하여 다공성 입자를 제작하였고 이를 리튬-황 전지의 양극으로 적용한다. 특히, 다양한 기공 부피에 따른 리튬-황 전지에서의 용량의 구현과 안정성을 평가한다. 최적화된 다공성 입자를 리튬-황 전지에 적용하여 충방전 테스트를 진행하였을 시 2C-rate조건에서 초기용량 752mAh/g와, 300회의 충방전 동안에도 76%의 안정적인 수명 유지율을 얻었다.