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지난 30년 동안 리튬-황전지를 개발하는데 큰 장점들이 있으며 많은 연구가 진행되어 왔다. 황은 1675mAh/g의 높은 이론용량과 2600Wh/kg의 에너지밀도로 차세대 이차전지로써 큰 관심을 받고 있다. 하지만 낮은 전기전도도, 유기 전해질에 리튬폴리설파이드 중간체의 용해 및 부피 팽창과 같은 리튬-황전지의 상용화에는 몇 가지 문제가 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 접근 가능성, 생산성, 전기화학적 불활성 및 넓은 온도범위 등의 우수성을 지닌 ...

지난 30년 동안 리튬-황전지를 개발하는데 큰 장점들이 있으며 많은 연구가 진행되어 왔다. 황은 1675mAh/g의 높은 이론용량과 2600Wh/kg의 에너지밀도로 차세대 이차전지로써 큰 관심을 받고 있다. 하지만 낮은 전기전도도, 유기 전해질에 리튬폴리설파이드 중간체의 용해 및 부피 팽창과 같은 리튬-황전지의 상용화에는 몇 가지 문제가 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 접근 가능성, 생산성, 전기화학적 불활성 및 넓은 온도범위 등의 우수성을 지닌 탄소 나노튜브, 그래핀 및 활성탄소와 같은 황 및 탄소 복합기술에 대한 광범위한 연구가 수행되었다. 추가적으로 질소, 황, 붕소 및 인과 같은 헤테로원자로 도핑된 탄소재료가 전기전도성 및 전기화학적 활성을 추가로 향상시킨다는 여러 연구가 있다.
본 연구에서는 전기전도도를 향상시키고 리튬폴리설파이드의 용해를 제어하기 위해 바이오매스인 박주가리를 사용하였다. 박주가리의 탄화 및 활성화에 의해 hollow carbon nano-scrap (HCNS)와 sulfur-hollow carbon nano-scrap (S-HCNS)을 각각 합성하였다. 826.9282m2/g의 표면적을 갖는 HCNS는 용해성 폴리설파이드 중간체를 잡아주며, 전극의 전기 전도도를 향상시키는데 훌륭하다. S-HCNS는 다양한 황 함량으로 제조되며 80%황 화합물(8S-HCNS)는 가장 우수한 사이클 성능을 나타낸다. 8S-HCNS 복합체는 0.5C의 전류밀도에서 200사이클 후에 557mAh/g의 안전한 비용량을 얻었다. 리튬-황전지의 충·방전 과정에서 리튬폴리설파이드의 용해를 제어하기 위해 CCS를 사용하여 용량을 증가시켰다. 결과적으로 CCS를 사용한 93.75%황 화합물(9S-HCNS)은 0.5C의 전류밀도에서 200사이클 후에 463mAh/g에서 743mAh/g로 용량을 증가시켜 리튬폴리설파이드의 셔틀현상을 개선하였다. 이 연구는 고성능 리튬-황전지에 사용하기 위한 새로운 탄소재료를 제공 할뿐만 아니라 탄소재료의 구조와 표면화학을 동시에 조절할 수 있는 효과적인 방법을 보여준다.

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