[학위논문]리튬/나트륨 이차전지용 전이금속 황화물 음극소재의 폴리올 합성법을 통한 특성 개선 연구 Polyol Assisted Synthesis for High Performance Transition Metal Sulfides Electrode Materials in Li-ion/Na-ion Batteries원문보기
에너지 수요의 증가에 따른 과도한 화석 연료의 사용으로 인하여 지구온난화와 같은 환경 문제를 야기시켰다. 또한 소형 이차전지에서 중/대형 이차전지로의 수요의 증가 및 다변화로 인하여 이를 충족시키기 위하여 고에너지 밀도의 전극 소재에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그 중, 전이금속황화물은 전지의 음극 소재로 가격이 저렴하고, 친환경적이며 높은 이론 용량과 같은 장점들을 가지고 있어 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 전이금속 황화물은 충방전 과정에서 황화물 ...
에너지 수요의 증가에 따른 과도한 화석 연료의 사용으로 인하여 지구온난화와 같은 환경 문제를 야기시켰다. 또한 소형 이차전지에서 중/대형 이차전지로의 수요의 증가 및 다변화로 인하여 이를 충족시키기 위하여 고에너지 밀도의 전극 소재에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그 중, 전이금속황화물은 전지의 음극 소재로 가격이 저렴하고, 친환경적이며 높은 이론 용량과 같은 장점들을 가지고 있어 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 전이금속 황화물은 충방전 과정에서 황화물 중간체의 부피 팽창 및 용해로 인하여 계면 및 구조 안정성이 저하되어 수명 및 안정성 특성이 저하되는 문제를 가지고 있어 이를 개선하고자 다양한 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 전이금속 황화물의 부피 팽창과 황화물 용해의 문제점을 개선하고자 폴리올합성법을 활용하여 음극 소재(MnS, ZnS, Cu2S)의 전지 특성을 개선하고자 하였다. 폴리올 합성법은 나노크기의 카본이 코팅된 전이금속 황화물을 합성함으로써 부피팽창 및 황화물 용해를 막아 구조적 안정성을 통한 특성 향상시켰으며 in-situ XRD 분석 및 ex-situ XAS 분석을 진행하여 전이금속 황화물 음극 소재의 작동 메커니즘을 규명하였다. 이러한 결과를 바탕으로 음극소재의 입자형상 및 카본코팅을 통한 문제해결 접근법은 이차전지 분야의 다양한 소재의 문제점을 해결하기 위한 전략으로 활용이 가능할 것으로 예상된다.
에너지 수요의 증가에 따른 과도한 화석 연료의 사용으로 인하여 지구온난화와 같은 환경 문제를 야기시켰다. 또한 소형 이차전지에서 중/대형 이차전지로의 수요의 증가 및 다변화로 인하여 이를 충족시키기 위하여 고에너지 밀도의 전극 소재에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그 중, 전이금속 황화물은 전지의 음극 소재로 가격이 저렴하고, 친환경적이며 높은 이론 용량과 같은 장점들을 가지고 있어 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 전이금속 황화물은 충방전 과정에서 황화물 중간체의 부피 팽창 및 용해로 인하여 계면 및 구조 안정성이 저하되어 수명 및 안정성 특성이 저하되는 문제를 가지고 있어 이를 개선하고자 다양한 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 전이금속 황화물의 부피 팽창과 황화물 용해의 문제점을 개선하고자 폴리올 합성법을 활용하여 음극 소재(MnS, ZnS, Cu2S)의 전지 특성을 개선하고자 하였다. 폴리올 합성법은 나노크기의 카본이 코팅된 전이금속 황화물을 합성함으로써 부피팽창 및 황화물 용해를 막아 구조적 안정성을 통한 특성 향상시켰으며 in-situ XRD 분석 및 ex-situ XAS 분석을 진행하여 전이금속 황화물 음극 소재의 작동 메커니즘을 규명하였다. 이러한 결과를 바탕으로 음극소재의 입자형상 및 카본코팅을 통한 문제해결 접근법은 이차전지 분야의 다양한 소재의 문제점을 해결하기 위한 전략으로 활용이 가능할 것으로 예상된다.
The rapid depletion of fossil fuels and environmental concerns arising out of their use have thrust forward the demand for alternative green and sustainable energy storage devices (particularly, rechargeable batteries for household, mobile, and stationary applications). The capacity, rate performanc...
The rapid depletion of fossil fuels and environmental concerns arising out of their use have thrust forward the demand for alternative green and sustainable energy storage devices (particularly, rechargeable batteries for household, mobile, and stationary applications). The capacity, rate performance and cycle stability of battery system rely directly on the electrode materials. As far as the development of the advanced LIBs electrode is concerned, the improvement of anode materials is more urgent than the cathode materials. Industrial production of anode materials superior to commercial graphite still faces some challenges. Transition-metal sulfides are of significant interest as rechargeable battery anodes owing to their low cost, wide availability, eco-friendliness, and high theoretical capacities. However, transition-metal sulfides suffer from low rate capability and poor cycling stability caused by volume expansion and dissolution of the polysulfide intermediates during the cycling process thereby limiting their practical electrochemical abilities. Herein, the versatile polyol methods may facilitate the development of a variety of carbon-coated transition-metal sulfide nanomaterials (MnS, ZnS, Cu2S) with appreciable physico-chemical properties benefiting energy storage applications. Furthermore, High-energy operando X-ray diffraction investigations indicated a uniquely combined intercalation-cum-conversion reaction mechanism leading to β-Li2(1-x)MnS, Li2S, and Mn discharge products. The results of this study can provide deep insights into understanding intriguing reactions and motivate further study of transition-metal sulfides for prospective high-energy battery applications.
The rapid depletion of fossil fuels and environmental concerns arising out of their use have thrust forward the demand for alternative green and sustainable energy storage devices (particularly, rechargeable batteries for household, mobile, and stationary applications). The capacity, rate performance and cycle stability of battery system rely directly on the electrode materials. As far as the development of the advanced LIBs electrode is concerned, the improvement of anode materials is more urgent than the cathode materials. Industrial production of anode materials superior to commercial graphite still faces some challenges. Transition-metal sulfides are of significant interest as rechargeable battery anodes owing to their low cost, wide availability, eco-friendliness, and high theoretical capacities. However, transition-metal sulfides suffer from low rate capability and poor cycling stability caused by volume expansion and dissolution of the polysulfide intermediates during the cycling process thereby limiting their practical electrochemical abilities. Herein, the versatile polyol methods may facilitate the development of a variety of carbon-coated transition-metal sulfide nanomaterials (MnS, ZnS, Cu2S) with appreciable physico-chemical properties benefiting energy storage applications. Furthermore, High-energy operando X-ray diffraction investigations indicated a uniquely combined intercalation-cum-conversion reaction mechanism leading to β-Li2(1-x)MnS, Li2S, and Mn discharge products. The results of this study can provide deep insights into understanding intriguing reactions and motivate further study of transition-metal sulfides for prospective high-energy battery applications.
Keyword
#Rechargeable batteries Anode materials Polyol process Transition metal sulfides Carbon-coated nanocomposite
학위논문 정보
저자
이슬기
학위수여기관
전남대학교
학위구분
국내박사
학과
신소재공학과
지도교수
김재국
발행연도
2022
총페이지
124
키워드
Rechargeable batteries Anode materials Polyol process Transition metal sulfides Carbon-coated nanocomposite
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