Part 1. 중공 실리콘 나노입자의 합성 및 특성 연구 Part 2. 탄소나노튜브를 이용한 리튬이온배터리의 용량 증대 개선 Part 1. Synthesis and Characterization of Hollow Silicon Nanoparticles Part 2. Capacity Enhancement of Lithium Ion Battery Using Carbon Nanotubes원문보기
본 연구에서는 중공구조를 가지는 실리카 및 실리콘 나노입자를 제조하였다. 구형 코어물질을 형성하고 실리카 졸겔 공정을 통해 core-shell 구조를 제조한 후 core를 제거함으로써 중공구조를 가지는 구형 실리카를 합성하였다. core물질로 PAA(...
Part 1. 중공 실리콘 나노입자 합성 및 특성 연구
본 연구에서는 중공구조를 가지는 실리카 및 실리콘 나노입자를 제조하였다. 구형 코어물질을 형성하고 실리카 졸겔 공정을 통해 core-shell 구조를 제조한 후 core를 제거함으로써 중공구조를 가지는 구형 실리카를 합성하였다. core물질로 PAA(polyacrylic acid)와 PSS(polysodium 4-styrenesulfonate)을 사용하였으며 합성된 중공실리카 구조는 마그네슘 열 환원법을 이용하여 중공구조를 가지는 실리콘 구조로 전환하였다. 실리콘 나노입자의 최적 합성조건을 찾기 위해서 반응시간, 반응온도 및 실리카대 마그네슘의 몰 비를 조절하였다. 실리콘 전환에 가장 큰 영향을 준 요인은 NaCl의 사용이었다. NaCl은 반응하는 실리카의 모양 및 크기를 유지시켜 주는 역할을 한다. 결과적으로 반응 온도는 750℃, 반응시간은 1시간, 몰 비는 1:3 의 조건에서 코어 크기는 그대로 유지되며, 20~30 nm 정도의 쉘 크기를 가지는 중공 실리콘 나노입자를 합성할 수 있었다.
Part 2. 탄소나노튜브를 이용한 리튬이온배터리의 용량 증대 개선
리튬 이차전지는 전기차 및 에너지 저장 시스템용 등의 중대형 이차전지 수요증가로 응용분야가 확대되고 있다. 특히, 전기 자동차의 전지의 고 에너지 밀도화를 위해서 연구가 활발히 진행되고 있는데 본 연구에서는 탄소나노튜브(carbon nanotubes, CNT)가 전지의 용량에 미치는 영향을 연구하였다. 현재 그라파이트 도전제가 사용되고 있는데, 도전제로 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)를 사용하고 NMC(lithium nickel manganese cobalt oxide)와 PVDF(polyvinylidene difluoride)를 전극물질과 바인더로 사용하였다. CNT의 첨가량에 따른 전극의 전기화학적 특성을 충·방전 및 임피던스 그리고 Cyclic Voltammetry(CV) 실험을 통해 진행되었다. 본 연구 결과, CNT 도전제를 사용하면 도전제의 양을 흑연 도전제 사용대비 감소시킬 수 있고, 그만큼 활물질이 더 첨가되어 단위부피당 용량이 증대시킬 수 있었다.
Part 1. 중공 실리콘 나노입자 합성 및 특성 연구
본 연구에서는 중공구조를 가지는 실리카 및 실리콘 나노입자를 제조하였다. 구형 코어물질을 형성하고 실리카 졸겔 공정을 통해 core-shell 구조를 제조한 후 core를 제거함으로써 중공구조를 가지는 구형 실리카를 합성하였다. core물질로 PAA(polyacrylic acid)와 PSS(polysodium 4-styrenesulfonate)을 사용하였으며 합성된 중공실리카 구조는 마그네슘 열 환원법을 이용하여 중공구조를 가지는 실리콘 구조로 전환하였다. 실리콘 나노입자의 최적 합성조건을 찾기 위해서 반응시간, 반응온도 및 실리카대 마그네슘의 몰 비를 조절하였다. 실리콘 전환에 가장 큰 영향을 준 요인은 NaCl의 사용이었다. NaCl은 반응하는 실리카의 모양 및 크기를 유지시켜 주는 역할을 한다. 결과적으로 반응 온도는 750℃, 반응시간은 1시간, 몰 비는 1:3 의 조건에서 코어 크기는 그대로 유지되며, 20~30 nm 정도의 쉘 크기를 가지는 중공 실리콘 나노입자를 합성할 수 있었다.
Part 2. 탄소나노튜브를 이용한 리튬이온배터리의 용량 증대 개선
리튬 이차전지는 전기차 및 에너지 저장 시스템용 등의 중대형 이차전지 수요증가로 응용분야가 확대되고 있다. 특히, 전기 자동차의 전지의 고 에너지 밀도화를 위해서 연구가 활발히 진행되고 있는데 본 연구에서는 탄소나노튜브(carbon nanotubes, CNT)가 전지의 용량에 미치는 영향을 연구하였다. 현재 그라파이트 도전제가 사용되고 있는데, 도전제로 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)를 사용하고 NMC(lithium nickel manganese cobalt oxide)와 PVDF(polyvinylidene difluoride)를 전극물질과 바인더로 사용하였다. CNT의 첨가량에 따른 전극의 전기화학적 특성을 충·방전 및 임피던스 그리고 Cyclic Voltammetry(CV) 실험을 통해 진행되었다. 본 연구 결과, CNT 도전제를 사용하면 도전제의 양을 흑연 도전제 사용대비 감소시킬 수 있고, 그만큼 활물질이 더 첨가되어 단위부피당 용량이 증대시킬 수 있었다.
Part 1. Synthesis and Characterization of Hollow Silicon Nanoparticles
In this study, hollow silica and silicon nanoparticles were prepared. Hollow silica nanospheres were synthesized by forming a spherical core material, synthesizing a core-shell structure through silica sol-gel processin...
Part 1. Synthesis and Characterization of Hollow Silicon Nanoparticles
In this study, hollow silica and silicon nanoparticles were prepared. Hollow silica nanospheres were synthesized by forming a spherical core material, synthesizing a core-shell structure through silica sol-gel processing, and removing the core. PAA (polyacrylic acid) and PSS (polystyrene sulfonate) were used as core materials and the core-shell silica structure was converted into a hollow structure with magnesiothermic reduction. The reaction time, reaction temperature, and molar ratio of silica to magnesium were controlled to find the optimal conditions for the synthesis of hollow silicon nanoparticles which was at a temperature of 750 ℃ for 1 hour with silica and magnesium at a mole ratio of 1:3. It is also important to note that the use of NaCl plays an important role as a heat scavenger which helps to maintain the structure of the hollow nanoparticles in the conversion from silica to silicon. As a result, I was able to successfully synthesize hollow silicon particles which maintained its original core size and having a shell of 20-30 nm.
Part 2. Capacity Enhancement of Lithium Ion Battery Using Carbon Nanotubes
Lithium ion batteries are expanding in applications due to the increase in demand for high energy density secondary batteries for electric vehicles and energy storage systems. In this study, the effect of carbon nanotubes (CNT) on the specific capacity of a battery was analyzed. Carbon nanotubes (CNTs), NMC (lithium nickel manganese cobalt oxide), and PVDF (polyvinylidene fluoride) were used as the conductive agent, electrode active material, and binding agent, respectively, to produce electrodes of lithium batteries. Electrochemical characterization of electrodes with varying amounts of CNT were investigated with galvanostatic charge and discharge, impedance spectroscopy, and cyclic voltammetry. As a result, it was found that the required amount of CNT for use as a conductive agent was reduced compared with the use of other carbon-based conductive agents, and the comparative increase in the proportion of active material effectively increases the volumetric capacity of NMC as a cathode material for lithium ion batteries.
Part 1. Synthesis and Characterization of Hollow Silicon Nanoparticles
In this study, hollow silica and silicon nanoparticles were prepared. Hollow silica nanospheres were synthesized by forming a spherical core material, synthesizing a core-shell structure through silica sol-gel processing, and removing the core. PAA (polyacrylic acid) and PSS (polystyrene sulfonate) were used as core materials and the core-shell silica structure was converted into a hollow structure with magnesiothermic reduction. The reaction time, reaction temperature, and molar ratio of silica to magnesium were controlled to find the optimal conditions for the synthesis of hollow silicon nanoparticles which was at a temperature of 750 ℃ for 1 hour with silica and magnesium at a mole ratio of 1:3. It is also important to note that the use of NaCl plays an important role as a heat scavenger which helps to maintain the structure of the hollow nanoparticles in the conversion from silica to silicon. As a result, I was able to successfully synthesize hollow silicon particles which maintained its original core size and having a shell of 20-30 nm.
Part 2. Capacity Enhancement of Lithium Ion Battery Using Carbon Nanotubes
Lithium ion batteries are expanding in applications due to the increase in demand for high energy density secondary batteries for electric vehicles and energy storage systems. In this study, the effect of carbon nanotubes (CNT) on the specific capacity of a battery was analyzed. Carbon nanotubes (CNTs), NMC (lithium nickel manganese cobalt oxide), and PVDF (polyvinylidene fluoride) were used as the conductive agent, electrode active material, and binding agent, respectively, to produce electrodes of lithium batteries. Electrochemical characterization of electrodes with varying amounts of CNT were investigated with galvanostatic charge and discharge, impedance spectroscopy, and cyclic voltammetry. As a result, it was found that the required amount of CNT for use as a conductive agent was reduced compared with the use of other carbon-based conductive agents, and the comparative increase in the proportion of active material effectively increases the volumetric capacity of NMC as a cathode material for lithium ion batteries.
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