향후 대규모 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)에서 리튬 이온 배터리(LIBs)는 매장된 리튬의 양이 적고 높은 가격으로 인해 사용에 어려움을 겪게 될 것이다. 소듐 이온 배터리(SIBs)는 나트륨의 값싼 가격과 많은 자원으로 인해 대체 배터리 시스템으로 유망하다. 또한, SIBs는 LIBs와 유사한 ...
향후 대규모 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)에서 리튬 이온 배터리(LIBs)는 매장된 리튬의 양이 적고 높은 가격으로 인해 사용에 어려움을 겪게 될 것이다. 소듐 이온 배터리(SIBs)는 나트륨의 값싼 가격과 많은 자원으로 인해 대체 배터리 시스템으로 유망하다. 또한, SIBs는 LIBs와 유사한 에너지 저장 메커니즘을 가지고 있다. 최근 들어 SIBs에서 음극물질에 대한 연구는 Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3), Na_(3)V_(2)O_(2)(PO_(4))_(2)F, Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(2)F_(3) 등과 같은 삽입형 음극에 주로 집중되어 왔지만, 이론적인 용량이 낮기 때문에 SIBs의 에너지 밀도가 제한되어 있다. 옥시플루오르화철(FeOF)은 저비용 및 높은 이론 용량(~855 mAh g^(-1))으로 인해 SIBs의 유망한 물질로 여겨지고 있다. 그러나 FeOF은 낮은 전기 전도도와 느린 이온 확산으로 인해 낮은 사이클 안정성, 속도 능력 및 낮은 초기 쿨롱 효율을 나타낸다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 FeOF의 높은 가역 용량과 구조 안정성을 이루고자 Ni도핑 효과를 조사하였다. Fe_(1-x)Ni_(x)OF(x = 0.007-0.3) 전극은 1.2-4.0 V의 전압 범위에서 100 mAh g^(-1)의 전류 밀도에서 100 번째 사이클 후 사이클당 0.21 %의 용량 감소를 가지며 450.4 mAh g^(-1)의 높은 방전 용량을 나타낸다.
향후 대규모 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)에서 리튬 이온 배터리(LIBs)는 매장된 리튬의 양이 적고 높은 가격으로 인해 사용에 어려움을 겪게 될 것이다. 소듐 이온 배터리(SIBs)는 나트륨의 값싼 가격과 많은 자원으로 인해 대체 배터리 시스템으로 유망하다. 또한, SIBs는 LIBs와 유사한 에너지 저장 메커니즘을 가지고 있다. 최근 들어 SIBs에서 음극물질에 대한 연구는 Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3), Na_(3)V_(2)O_(2)(PO_(4))_(2)F, Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(2)F_(3) 등과 같은 삽입형 음극에 주로 집중되어 왔지만, 이론적인 용량이 낮기 때문에 SIBs의 에너지 밀도가 제한되어 있다. 옥시플루오르화철(FeOF)은 저비용 및 높은 이론 용량(~855 mAh g^(-1))으로 인해 SIBs의 유망한 물질로 여겨지고 있다. 그러나 FeOF은 낮은 전기 전도도와 느린 이온 확산으로 인해 낮은 사이클 안정성, 속도 능력 및 낮은 초기 쿨롱 효율을 나타낸다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 FeOF의 높은 가역 용량과 구조 안정성을 이루고자 Ni 도핑 효과를 조사하였다. Fe_(1-x)Ni_(x)OF(x = 0.007-0.3) 전극은 1.2-4.0 V의 전압 범위에서 100 mAh g^(-1)의 전류 밀도에서 100 번째 사이클 후 사이클당 0.21 %의 용량 감소를 가지며 450.4 mAh g^(-1)의 높은 방전 용량을 나타낸다.
In the future, the implementation of lithium-ion batteries (LIBs) in large-scale energy storage systems will encounter some difficulties due to the low abundance and rising price of lithium. Sodium-ion batteries (SIBs) are promising as an alternative battery system because of the cheaper price of so...
In the future, the implementation of lithium-ion batteries (LIBs) in large-scale energy storage systems will encounter some difficulties due to the low abundance and rising price of lithium. Sodium-ion batteries (SIBs) are promising as an alternative battery system because of the cheaper price of sodium and its higher resources. In addition, SIBs have similar energy storage mechanisms to those of the LIBs. Recently, research about cathode materials in SIBs was dominantly focused on intercalation-type cathodes such as Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3), Na_(3)V_(2)O_(2)(PO_(4))_(2)F and Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(2)F_(3). However, their low theoretical capacitites have limited the energy density of SIBs. Iron oxyfluoride (FeOF) is a promising material for SIBs due to its low cost and higher theoretical capacity (~855 mAh g^(-1)). However, FeOF still exhibits poor cycling stability, rate capability, and low initial coulombic efficiency caused by its low electrical conductivity and slow ion diffusion. To solve these problems, we investigated the Ni doping effect to balance reversible high capability and structure stability of FeOF. The Fe_(1-x)Ni_(x)OF(x = 0.007-0.3) electrodes represent good cyclic performance, for example, a reversible discharge capacity of 450.4 mAh g^(-1) with a fading rate of 0.21 % per cycle after 100 cycles at 100 mAh g^(-1) in the voltage range of 1.2-4.0 V.
In the future, the implementation of lithium-ion batteries (LIBs) in large-scale energy storage systems will encounter some difficulties due to the low abundance and rising price of lithium. Sodium-ion batteries (SIBs) are promising as an alternative battery system because of the cheaper price of sodium and its higher resources. In addition, SIBs have similar energy storage mechanisms to those of the LIBs. Recently, research about cathode materials in SIBs was dominantly focused on intercalation-type cathodes such as Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3), Na_(3)V_(2)O_(2)(PO_(4))_(2)F and Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(2)F_(3). However, their low theoretical capacitites have limited the energy density of SIBs. Iron oxyfluoride (FeOF) is a promising material for SIBs due to its low cost and higher theoretical capacity (~855 mAh g^(-1)). However, FeOF still exhibits poor cycling stability, rate capability, and low initial coulombic efficiency caused by its low electrical conductivity and slow ion diffusion. To solve these problems, we investigated the Ni doping effect to balance reversible high capability and structure stability of FeOF. The Fe_(1-x)Ni_(x)OF(x = 0.007-0.3) electrodes represent good cyclic performance, for example, a reversible discharge capacity of 450.4 mAh g^(-1) with a fading rate of 0.21 % per cycle after 100 cycles at 100 mAh g^(-1) in the voltage range of 1.2-4.0 V.
주제어
#Sodium-ion batteries Cathode material Iron oxyfluoride(FeOF) Electrochemical performance Ni doping
학위논문 정보
저자
이다원
학위수여기관
동아대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
화학공학과
지도교수
김종식
발행연도
2022
총페이지
vii, 55 p.
키워드
Sodium-ion batteries Cathode material Iron oxyfluoride(FeOF) Electrochemical performance Ni doping
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