리튬-황 전지 양극에서의 친리튬 나노 입자를 통한 리튬 이온 통로 도입
Introducing the Li+ ion pathway through lithiophilic nanoparticle in Li-S batteries cathode
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 김정욱
- 발행년도 2024
- 학위수여년월 2024. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000076641
- UCI I804:11029-000000076641
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록
리튬-황 전지는 1675 mAh/g의 높은 이론 비용량을 바탕으로 2600 Wh/kg의 높은 이론 에너지 밀도를 가져 기존 리튬-이온 전지를 대체할 차세대 전지로 주목을 받고 있다. 전해질내 반응 중간체인 리튬 폴리설파이드의 용출, 황의 느린 전환 반응 등의 문제 등의 어려움이 있다. 더 나아가, 높은 에너지 밀도의 리튬-황 전지를 구현하기 위해서는 낮은 E/S 조건에서 전지를 구동할 수 있어야 한다. 하지만 낮은 E/S 조건에서는 기존 높은 E/S 조건에서 존재하지 않았던 전극 주변의 낮은 이온전도도 문제가 발생한다. 기존의 리튬-황 전지 연구들은 리튬 폴리설파이드의 용출과 느린 전환 반응을 개선하기 위해 흡착능 및 전환능을 갖는 이중 입자를 적용하였지만, 낮은 E/S 조건에서 저하되는 전극 표면의 낮은 이온전도도 문제에 대한 고려는 충분하지 않았다. 본 연구진은 리튬 폴리설파이드의 용출과 느린 전환뿐만 아니라, 낮은 E/S 조건에서 전극 표면의 낮은 이온전도도를 개선하기 위하여 친리튬 나노 입자와 친황 단원자 입자를 양극에 동시 적용하였다. 리튬 폴리설파이드의 높은 흡착능과 전환능을 갖는 단원자와 리튬 이온에 대한 친화도와 낮은 확산 장벽을 갖는 나노 입자를 선정하였다. DFT 계산, 육안 흡착, 전기화학 분석을 통하여 친황 및 친리튬 특성을 확인하였다. 본 연구는 낮은 E/S 조건에 적합한 전극을 제시하였고, 낮은 E/S 조건에서 리튬 이온 전지의 1.78배에 달하는 7.1 mAh/cm2의 면적당 용량을 달성하였다. 이는 고 에너지 밀도를 위한 리튬-황 전지 전극 설계에 이정표가 될 것이라고 기대한다.
more목차
1. 서론 7
2. 실험 방법 10
A. MoSA-Mo2C CNT 및 MoSA CNT의 제작 10
B. 촉매 물성 분석 10
C. 전기화학 평가 10
D. DFT 계산 11
E. 흡착능 평가 11
3. 실험 결과 12
A. MoSA-Mo2C CNT 및 MoSA CNT의 물성 분석 12
B. DFT 계산을 통한 MoSA 및 Mo2C의 특성 확인 19
C. Mo2C 도입을 통한 전기화학활성 및 Li+ ion diffusivity 향상 25
D. MoSA-Mo2C CNT 양극의 리튬-황 전지 적용 29
4. 결론 35
5. 참고 문헌 36
