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본 연구에서는 프루시안 블루계 물질중 하나인 copper hexacyanoferrate (CuFe(CN)6, CuHCF)를 양극활물질로써 사용한 칼슘 이온 이차전지에서 전해액으로써 사용된 수계 전해액 내의 구조적인 변형을 통해 전기화학적 성능을 향상시키고자 하였다.
첫 번째로 전해액의 농도 변화를 통해 전기화학적 성능을 향상시키고자 하였다. 라만 분석결과 전해액의 농도를 증가시킬수록 전해액 내에 존재하는 칼슘 이온에 배위하는 ...

본 연구에서는 프루시안 블루계 물질중 하나인 copper hexacyanoferrate (CuFe(CN)6, CuHCF)를 양극활물질로써 사용한 칼슘 이온 이차전지에서 전해액으로써 사용된 수계 전해액 내의 구조적인 변형을 통해 전기화학적 성능을 향상시키고자 하였다.
첫 번째로 전해액의 농도 변화를 통해 전기화학적 성능을 향상시키고자 하였다. 라만 분석결과 전해액의 농도를 증가시킬수록 전해액 내에 존재하는 칼슘 이온에 배위하는 질산 음이온의 수가 점차적으로 증가하는 것이 관찰되었고 이는 칼슘 이온의 수화수가 감소했다는 것을 의미하였다. 전기화학적 성능 측정에서는 전해액의 농도를 증가시킬수록 충/방전 용량 및 수명 특성이 점차적으로 향상되는 것이 확인되었고, 특히 1.0 mol dm−3의 전해액에서는 약 62 mAh g−1의 충/방전 용량과 1000사이클 후 약 49%의 용량유지율이 관찰된 반면 8.4 mol dm−3의 전해액에서는 약 80 mAh g−1의 충/방전 용량과 5000사이클 후 약 89%의 용량유지율이 관찰되었다. 율 성 측정 결과에서는 사용된 모든 전해액에서 40C까지 비슷한 용량유지율을 나타내었다. 이러한 전해액의 농도증가에 따른 전해액의 구조적인 변화와 전기화학적 성능 향상의 상관관계를 전극과 전해액의 계면반응의 해석을 통해 확인하고자 하였다. 임피던스 측정을 통해 측정된 전하이동 저항을 이용하여 칼슘 이온의 삽입과정에서의 활성화 에너지를 계산한 결과, 전해액의 농도가 증가할수록 활성화 에너지는 감소하는 것이 확인되었고, 이는 전해액 내에 존재하는 칼슘 이온이 전극으로 보다 수월하게 삽입될 수 있음을 의미하였다.
두 번째로는 수계 전해액에 유기용매인 프로필렌 카보네이트를 과량 첨가한 혼합 전해액을 이용하여 전해액의 구조적인 변형을 통해 전기화학적 성능을 향상시키고자 하였다. 라만 분석을 통해 전해액의 구조를 관찰한 결과, 혼합 전해액 내에서 칼슘 이온이 물 분자에 의해 용매화되어 있는 것이 관찰되었다. 전기화학적 성능 측정은 고정된 칼슘염의 농도에서 전해액에 존재하는 물 분자의 수를 점차적으로 감소시키면서 진행하였다. 충/방전 측정 결과 혼합 전해액 내에 존재하는 칼슘 이온과 물 분자의 몰비가 1:6일 때 가장 큰 충/방전 용량을 나타내는 것이 확인되었다. 추가적인 전기화학적 특성 측정에서는 수명특성 측정 결과 800사이클 후 최대용량의 약 94%의 용량유지율을 갖는 것이 확인되었고, 율 특성 측정 결과 10C에서 약 52%의 용량유지율을 나타내었다. 수명특성의 경우에는 일반적인 수계전해액과 유기계 전해액에서의 결과보다 우수한 성능임이 확인되었으며, 율 특성의 경우에는 수계 전해액에서의 결과보다는 좋지 않았지만, 유기계 전해액에서의 결과보다는 우수한 결과임이 확인되었다.

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