고성능 리튬-공기 전지용 NASICON 나노 섬유를 포함한 반고체 복합 고분자 전해질 Quasi-Solid-State Composite Polymer Electrolyte with NASICON Type Nanofibers for High Performance Li?Air Batteries원문보기
배터리 시장은 빠르게 성장하고 있으며 수요가 크게 증가하고 있습니다. 리튬 공기 전지(LAB)는 기존의 리튬 이온 전지(LIB)보다 에너지 밀도가 훨씬 높기 때문에 많은 주목을 받고 있습니다. 그러나 외부 불순물 가스로 인한 LAB의 사이클링 불량, 공기극에서의 고 저항 반응 생성물 형성 및 Li 수지상의 성장으로 인해 상용화가 제한되고 있습니다. 또한, LAB의 외부 개방형 구조상 액체 전해질이 누출되거나 증발하여 배터리 화재로 이어질 수 있습니다. 따라서 고체 전해질은 안정성 때문에 최근 전해질 연구에서 가장 주목받고 있습니다. 그러나 고체 전해질은 이온 전도성과 구성 요소 사이의 계면 저항 측면에서 제한이 있습니다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 자립형 복합 고체 전해질 막과 액체 전해질을 통합하여 설계된 반고체 복합 고분자 전해질 (QSCPE)이 제안되었으며 이를 통해 전극과 전해질 사이의 계면 저항을 감소시키고, 개선된 이온 전도도 특성을 확보할 수 있습니다. QSCPE는 간단한 용액 주조법과 액체 전해질에서의 활성화를 사용하여 ...
배터리 시장은 빠르게 성장하고 있으며 수요가 크게 증가하고 있습니다. 리튬 공기 전지(LAB)는 기존의 리튬 이온 전지(LIB)보다 에너지 밀도가 훨씬 높기 때문에 많은 주목을 받고 있습니다. 그러나 외부 불순물 가스로 인한 LAB의 사이클링 불량, 공기극에서의 고 저항 반응 생성물 형성 및 Li 수지상의 성장으로 인해 상용화가 제한되고 있습니다. 또한, LAB의 외부 개방형 구조상 액체 전해질이 누출되거나 증발하여 배터리 화재로 이어질 수 있습니다. 따라서 고체 전해질은 안정성 때문에 최근 전해질 연구에서 가장 주목받고 있습니다. 그러나 고체 전해질은 이온 전도성과 구성 요소 사이의 계면 저항 측면에서 제한이 있습니다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 자립형 복합 고체 전해질 막과 액체 전해질을 통합하여 설계된 반고체 복합 고분자 전해질 (QSCPE)이 제안되었으며 이를 통해 전극과 전해질 사이의 계면 저항을 감소시키고, 개선된 이온 전도도 특성을 확보할 수 있습니다. QSCPE는 간단한 용액 주조법과 액체 전해질에서의 활성화를 사용하여 NASICON 타입의 LAGP 섬유상 필러를 포함하는 반고체 PVDF-HFP계 전해질을 합성하였습니다. QSCPE은 30 ℃에서 1.29 x 10-3 S cm-1의 높은 이온 전도도와 약 5.1V v Li/Li+까지 광범위한 전기화학적 안정성을 보였습니다. Li/QSCPE/Li 대칭 셀의 0.1 mA cm-2의 전류 밀도 하에서 과전압은 100 mV 미만이었으며 Pure QSPE를 사용한 셀은 125 사이클 수명을 나타내는데 반해 QSCPE를 사용한 셀은 250 사이클을 넘는 사이클 수명을 나타내며 Pure QSPE를 사용한 셀에 비해 2배 이상의 사이클 수명을 나타냈습니다. 또한, QSCPE를 사용한 Li-O2 셀은 QSCPE를 사용하지 않는 Li-O2 셀과 비교하여 사이클 수명이 147 사이클로 향상된 수명 특성을 보였습니다. QSCPE는 Li 수지상의 성장을 억제하면서, 공기극으로부터 침입하는 외부 불순물에 의한 Li 전극의 오염을 방지하였습니다. 따라서, LAGP 나노 섬유를 포함하는 QSCPE는 고성능 리튬 공기 전지의 전해질로서 제안될 수 있습니다.
배터리 시장은 빠르게 성장하고 있으며 수요가 크게 증가하고 있습니다. 리튬 공기 전지(LAB)는 기존의 리튬 이온 전지(LIB)보다 에너지 밀도가 훨씬 높기 때문에 많은 주목을 받고 있습니다. 그러나 외부 불순물 가스로 인한 LAB의 사이클링 불량, 공기극에서의 고 저항 반응 생성물 형성 및 Li 수지상의 성장으로 인해 상용화가 제한되고 있습니다. 또한, LAB의 외부 개방형 구조상 액체 전해질이 누출되거나 증발하여 배터리 화재로 이어질 수 있습니다. 따라서 고체 전해질은 안정성 때문에 최근 전해질 연구에서 가장 주목받고 있습니다. 그러나 고체 전해질은 이온 전도성과 구성 요소 사이의 계면 저항 측면에서 제한이 있습니다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 자립형 복합 고체 전해질 막과 액체 전해질을 통합하여 설계된 반고체 복합 고분자 전해질 (QSCPE)이 제안되었으며 이를 통해 전극과 전해질 사이의 계면 저항을 감소시키고, 개선된 이온 전도도 특성을 확보할 수 있습니다. QSCPE는 간단한 용액 주조법과 액체 전해질에서의 활성화를 사용하여 NASICON 타입의 LAGP 섬유상 필러를 포함하는 반고체 PVDF-HFP계 전해질을 합성하였습니다. QSCPE은 30 ℃에서 1.29 x 10-3 S cm-1의 높은 이온 전도도와 약 5.1V v Li/Li+까지 광범위한 전기화학적 안정성을 보였습니다. Li/QSCPE/Li 대칭 셀의 0.1 mA cm-2의 전류 밀도 하에서 과전압은 100 mV 미만이었으며 Pure QSPE를 사용한 셀은 125 사이클 수명을 나타내는데 반해 QSCPE를 사용한 셀은 250 사이클을 넘는 사이클 수명을 나타내며 Pure QSPE를 사용한 셀에 비해 2배 이상의 사이클 수명을 나타냈습니다. 또한, QSCPE를 사용한 Li-O2 셀은 QSCPE를 사용하지 않는 Li-O2 셀과 비교하여 사이클 수명이 147 사이클로 향상된 수명 특성을 보였습니다. QSCPE는 Li 수지상의 성장을 억제하면서, 공기극으로부터 침입하는 외부 불순물에 의한 Li 전극의 오염을 방지하였습니다. 따라서, LAGP 나노 섬유를 포함하는 QSCPE는 고성능 리튬 공기 전지의 전해질로서 제안될 수 있습니다.
The battery market is growing rapidly with a significant increase in demand. Li–air batteries (LABs) have received a lot of attention because of their much higher energy density than that of conventional Li-ion batteries (LIBs). However, the poor cyclability of LABs due to the impurity gas from the ...
The battery market is growing rapidly with a significant increase in demand. Li–air batteries (LABs) have received a lot of attention because of their much higher energy density than that of conventional Li-ion batteries (LIBs). However, the poor cyclability of LABs due to the impurity gas from the outside, the formation of high-resistance reaction products on the cathode, and the growth of Li dendrites seriously limit their practical application. In addition, the liquid electrolyte can leak and evaporate in this open system, leading to a battery fire. Solid electrolytes have received the most attention in recent electrolyte research because of their stability. However, solid electrolytes have limitations in terms of ionic conductivity and interfacial resistance between components. To address the issue, a quasi-solid composite polymer electrolyte (QSCPE) designed by integrating a free-standing composite solid electrolyte membrane and a liquid electrolyte has been proposed to reduce the interfacial resistance between the electrode and the electrolyte and improve the ionic conductivity of the electrolyte. We used a simple solution casting method and activation in a liquid electrolyte to synthesize a quasi-solid PVDF-HFP-based electrolyte containing a fibrous NASICON-type LAGP filler. The QSCPE exhibited a high ionic conductivity of 1.29 × 10-3 S cm-1 at 30 C and a wide electrochemical stability up to about 5.1 V vs Li/Li+. The overpotential of Li/QSCPE/Li symmetric cell showed under 100 mV. In addition, the cell employing Pure QSPE showed a cycle life of 125, but the cell employing QSCPE showed a cycle life of more than 250 cycles, more than twice cycle life compared to the cell employing Pure QSPE at a current density of 1.0 mA cm-2. The Li–O2 cell employing QSCPE showed significantly improved cyclability with a cycle life of 147 compared to the Li–O2 cell without QSCPE. The QSCPE was effective in preventing contamination of the Li electrode by impurities penetrating from the cathode side while suppressing the growth of Li dendrites. Therefore, QSCPE containing LAGP nanofibers can be proposed as a potential electrolyte for high-performance Li–air batteries.
The battery market is growing rapidly with a significant increase in demand. Li–air batteries (LABs) have received a lot of attention because of their much higher energy density than that of conventional Li-ion batteries (LIBs). However, the poor cyclability of LABs due to the impurity gas from the outside, the formation of high-resistance reaction products on the cathode, and the growth of Li dendrites seriously limit their practical application. In addition, the liquid electrolyte can leak and evaporate in this open system, leading to a battery fire. Solid electrolytes have received the most attention in recent electrolyte research because of their stability. However, solid electrolytes have limitations in terms of ionic conductivity and interfacial resistance between components. To address the issue, a quasi-solid composite polymer electrolyte (QSCPE) designed by integrating a free-standing composite solid electrolyte membrane and a liquid electrolyte has been proposed to reduce the interfacial resistance between the electrode and the electrolyte and improve the ionic conductivity of the electrolyte. We used a simple solution casting method and activation in a liquid electrolyte to synthesize a quasi-solid PVDF-HFP-based electrolyte containing a fibrous NASICON-type LAGP filler. The QSCPE exhibited a high ionic conductivity of 1.29 × 10-3 S cm-1 at 30 C and a wide electrochemical stability up to about 5.1 V vs Li/Li+. The overpotential of Li/QSCPE/Li symmetric cell showed under 100 mV. In addition, the cell employing Pure QSPE showed a cycle life of 125, but the cell employing QSCPE showed a cycle life of more than 250 cycles, more than twice cycle life compared to the cell employing Pure QSPE at a current density of 1.0 mA cm-2. The Li–O2 cell employing QSCPE showed significantly improved cyclability with a cycle life of 147 compared to the Li–O2 cell without QSCPE. The QSCPE was effective in preventing contamination of the Li electrode by impurities penetrating from the cathode side while suppressing the growth of Li dendrites. Therefore, QSCPE containing LAGP nanofibers can be proposed as a potential electrolyte for high-performance Li–air batteries.
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