본 연구에서는 리튬설퍼전지의 전해질로써 폴리설파이드를 용해할 수 있으며, 리튬금속에 안정한 선형 에테르계(Monoglyme, Diglyme, Triglyme, Tetraglyme 등)와 환형 에테르계(THF,1,3-dioxolane등) 용매를 선정하여, 전해질이 리튬/유황전지용 유황양극의 사이클 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 1. 사이클 진행에 따른 유황전극과 분리막의 표면형상변화 사이클 전ㆍ후에 유황전극의 표면형상을 관찰하였다. 100사이클 후의 전극은 반응전의 전극보다 기공의 수가 증가하고, MWNT 직경의 크기가 증가한 것을 관찰 할 수 있다. XRD결과에서 유황의 피크가 관찰되지 않고 리튬설파이드(Li2S)의 피크가 관찰되는 것을 볼 때, 유황이 리튬과 반응하여 생성된 리튬설파이드가 전극표면에 형성된 것으로 생각된다. 생성된 리튬설파이드는 전기적으로 부도체이기 때문에 추가적인 반응이 일어나기 어렵다. 따라서 사이클이 진행됨에 따라 활물질의 양을 잃게 되므로 용량이 감소하게 된다. 사이클 전ㆍ후의 ...
본 연구에서는 리튬설퍼전지의 전해질로써 폴리설파이드를 용해할 수 있으며, 리튬금속에 안정한 선형 에테르계(Monoglyme, Diglyme, Triglyme, Tetraglyme 등)와 환형 에테르계(THF,1,3-dioxolane등) 용매를 선정하여, 전해질이 리튬/유황전지용 유황양극의 사이클 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 1. 사이클 진행에 따른 유황전극과 분리막의 표면형상변화 사이클 전ㆍ후에 유황전극의 표면형상을 관찰하였다. 100사이클 후의 전극은 반응전의 전극보다 기공의 수가 증가하고, MWNT 직경의 크기가 증가한 것을 관찰 할 수 있다. XRD결과에서 유황의 피크가 관찰되지 않고 리튬설파이드(Li2S)의 피크가 관찰되는 것을 볼 때, 유황이 리튬과 반응하여 생성된 리튬설파이드가 전극표면에 형성된 것으로 생각된다. 생성된 리튬설파이드는 전기적으로 부도체이기 때문에 추가적인 반응이 일어나기 어렵다. 따라서 사이클이 진행됨에 따라 활물질의 양을 잃게 되므로 용량이 감소하게 된다. 사이클 전ㆍ후의 분리막 표면형상을 관찰하였다. 반응전의 분리막은 수㎛의 기공들이 분포되어 있는 것을 관찰할 수 있다. 그러나 100사이클 후에 분리막 표면에 고체물질이 형성되어 기공이 관찰되지 않는다. 이 결과로 볼 때, 유황이 전해질내로 용해되어 액체 상태인 리튬폴리설파이드로 녹아 나오고, 일부분은 리튬설파이드로 되면서 분리막 표면에 덮여진 것으로 생각된다. 또한 음극 쪽의 분리막에서도 관찰 되는 것으로 볼 때, 반응 생성물이 음극 쪽으로도 넘어간다는 것을 알 수 있다. 2. 다양한 전해질 용매에 따른 유황전극의 사이클 특성변화 TEGDME/DIOX의 비율에 따른 초기방전용량은 부피비가 5/5인 전해질이 1321mAh/g-sulfur의 용량으로 가장 큰 값을 나타낸다. 그러나 전류밀도 증가에 따른 용량의 감소가 크게 일어난다. TEGDME/DIOX=8/2인 전해질이 초기방전용량과 좋은 율특성을 나타내었다. 따라서 본 실험에서는 TEGDME/DIOX=8/2인 전해질에 에테르계 용매의 변화에 따른 전기화학적 특성을 조사하였다. DME/DIOX=8/2, DEGDME/DIOX=8/2, TEGDME/DIOX=8/2의 전해질에 초기방전용량은 각각 1163, 874, 826mAh/g-sulfur의 값을 나타내었다. 에테르계 용매를 DME를 사용하였을 때 가장 높은 방전용량 값을 나타낸다. 그 이유는 다른 에테르계 용매보다 분자량과 점도가 낮아 이온의 이동이 원활하게 일어나기 때문이라고 생각된다. 이 결과는 임피던스의 결과와 일치한다. 에테르계 용매변화에 따른 사이클 특성을 조사하였다. DME/DIOX=8/2의 전해질은 380사이클에 284mAh/g-S의 용량을 나타내고, DEGDME/DIOX=8/2, TEGDME/DIOX=8/2의 전해질은 100사이클에 각각 189, 75mAh/g-S의 용량을 나타낸다.
본 연구에서는 리튬설퍼전지의 전해질로써 폴리설파이드를 용해할 수 있으며, 리튬금속에 안정한 선형 에테르계(Monoglyme, Diglyme, Triglyme, Tetraglyme 등)와 환형 에테르계(THF,1,3-dioxolane등) 용매를 선정하여, 전해질이 리튬/유황전지용 유황양극의 사이클 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 1. 사이클 진행에 따른 유황전극과 분리막의 표면형상변화 사이클 전ㆍ후에 유황전극의 표면형상을 관찰하였다. 100사이클 후의 전극은 반응전의 전극보다 기공의 수가 증가하고, MWNT 직경의 크기가 증가한 것을 관찰 할 수 있다. XRD결과에서 유황의 피크가 관찰되지 않고 리튬설파이드(Li2S)의 피크가 관찰되는 것을 볼 때, 유황이 리튬과 반응하여 생성된 리튬설파이드가 전극표면에 형성된 것으로 생각된다. 생성된 리튬설파이드는 전기적으로 부도체이기 때문에 추가적인 반응이 일어나기 어렵다. 따라서 사이클이 진행됨에 따라 활물질의 양을 잃게 되므로 용량이 감소하게 된다. 사이클 전ㆍ후의 분리막 표면형상을 관찰하였다. 반응전의 분리막은 수㎛의 기공들이 분포되어 있는 것을 관찰할 수 있다. 그러나 100사이클 후에 분리막 표면에 고체물질이 형성되어 기공이 관찰되지 않는다. 이 결과로 볼 때, 유황이 전해질내로 용해되어 액체 상태인 리튬폴리설파이드로 녹아 나오고, 일부분은 리튬설파이드로 되면서 분리막 표면에 덮여진 것으로 생각된다. 또한 음극 쪽의 분리막에서도 관찰 되는 것으로 볼 때, 반응 생성물이 음극 쪽으로도 넘어간다는 것을 알 수 있다. 2. 다양한 전해질 용매에 따른 유황전극의 사이클 특성변화 TEGDME/DIOX의 비율에 따른 초기방전용량은 부피비가 5/5인 전해질이 1321mAh/g-sulfur의 용량으로 가장 큰 값을 나타낸다. 그러나 전류밀도 증가에 따른 용량의 감소가 크게 일어난다. TEGDME/DIOX=8/2인 전해질이 초기방전용량과 좋은 율특성을 나타내었다. 따라서 본 실험에서는 TEGDME/DIOX=8/2인 전해질에 에테르계 용매의 변화에 따른 전기화학적 특성을 조사하였다. DME/DIOX=8/2, DEGDME/DIOX=8/2, TEGDME/DIOX=8/2의 전해질에 초기방전용량은 각각 1163, 874, 826mAh/g-sulfur의 값을 나타내었다. 에테르계 용매를 DME를 사용하였을 때 가장 높은 방전용량 값을 나타낸다. 그 이유는 다른 에테르계 용매보다 분자량과 점도가 낮아 이온의 이동이 원활하게 일어나기 때문이라고 생각된다. 이 결과는 임피던스의 결과와 일치한다. 에테르계 용매변화에 따른 사이클 특성을 조사하였다. DME/DIOX=8/2의 전해질은 380사이클에 284mAh/g-S의 용량을 나타내고, DEGDME/DIOX=8/2, TEGDME/DIOX=8/2의 전해질은 100사이클에 각각 189, 75mAh/g-S의 용량을 나타낸다.
Lithium batteries are widely used for power sources of mobile devices. Elemental sulfur is a very attractive cathode material of lithium batteries due to a high theoretical specific capacity of 1,675mAh/g of active material. Moreover, elemental sulfur is nontoxic and cheap material based on the abun...
Lithium batteries are widely used for power sources of mobile devices. Elemental sulfur is a very attractive cathode material of lithium batteries due to a high theoretical specific capacity of 1,675mAh/g of active material. Moreover, elemental sulfur is nontoxic and cheap material based on the abundance in the earth. Lithium/sulfur redox couple has high theoretical specific energy density of 2,600Wh/kg, assuming a complete reaction to Li2S. However, lithium/sulfur batteries with liquid electrolytes have serious problems such as low active material utilization and poor electrochemical accessibility. Additionally, elemental sulfur is an electric insulator(5×10^(-30)S/㎝ at 25°C). The sulfur, which has crown-like ring structure, forms various lithium polysulfides as a result of the reduction, which are generally soluble in the electrolyte phase. The further reduction of the lithium polysulfides occurs at the conducting matrix in the positive electrode, leading to the formation of highly reduced, solid-state, sulfur compounds such as Li2S2 and Li2S. For the successful operation of a lithium/sulfur battery, the electrolyte should satisfy many requirements, i.e. high ionic conductivity, good polysulfide solubility, low viscosity, electrochemical stability, chemical stability toward lithium, and safety. According to the previous studies, cyclic or linear ethers such as tetrahydrofuran(THF), 1,3-dioxolane(DIOX), dimethoxy ethane(DME), and tetra(ethylene glycol) dimethyl ether (TEGDME) can be used in a lithium/sulfur battery due to their high polysulfide solubility. The previous requirements, however, are hardly achieved by a single solvent and, thus, optimization of the electrolyte based on the mixture of the solvents is of practical importance. In this work, we examine an electrolyte system based on a binary solvent mixture of DME, DEGDME, TEGDME and DIOX for the use in a lithium/sulfur battery. The primary objective is to understand how the electrochemical property of the electrolyte affects the discharge performance of the lithium/sulfur battery for a binary electrolyte based on DIOX and TEGDME as a model system. By varying solvent ratio to DIOX, we have investigated the ionic conductivity of the binary electrolytes. The discharge behaviour of the lithium/sulfur battery with the binary electrolytes is also studied.
Lithium batteries are widely used for power sources of mobile devices. Elemental sulfur is a very attractive cathode material of lithium batteries due to a high theoretical specific capacity of 1,675mAh/g of active material. Moreover, elemental sulfur is nontoxic and cheap material based on the abundance in the earth. Lithium/sulfur redox couple has high theoretical specific energy density of 2,600Wh/kg, assuming a complete reaction to Li2S. However, lithium/sulfur batteries with liquid electrolytes have serious problems such as low active material utilization and poor electrochemical accessibility. Additionally, elemental sulfur is an electric insulator(5×10^(-30)S/㎝ at 25°C). The sulfur, which has crown-like ring structure, forms various lithium polysulfides as a result of the reduction, which are generally soluble in the electrolyte phase. The further reduction of the lithium polysulfides occurs at the conducting matrix in the positive electrode, leading to the formation of highly reduced, solid-state, sulfur compounds such as Li2S2 and Li2S. For the successful operation of a lithium/sulfur battery, the electrolyte should satisfy many requirements, i.e. high ionic conductivity, good polysulfide solubility, low viscosity, electrochemical stability, chemical stability toward lithium, and safety. According to the previous studies, cyclic or linear ethers such as tetrahydrofuran(THF), 1,3-dioxolane(DIOX), dimethoxy ethane(DME), and tetra(ethylene glycol) dimethyl ether (TEGDME) can be used in a lithium/sulfur battery due to their high polysulfide solubility. The previous requirements, however, are hardly achieved by a single solvent and, thus, optimization of the electrolyte based on the mixture of the solvents is of practical importance. In this work, we examine an electrolyte system based on a binary solvent mixture of DME, DEGDME, TEGDME and DIOX for the use in a lithium/sulfur battery. The primary objective is to understand how the electrochemical property of the electrolyte affects the discharge performance of the lithium/sulfur battery for a binary electrolyte based on DIOX and TEGDME as a model system. By varying solvent ratio to DIOX, we have investigated the ionic conductivity of the binary electrolytes. The discharge behaviour of the lithium/sulfur battery with the binary electrolytes is also studied.
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