[논문]니켈수소전지용 수산화니켈 입자의 표면처리와 전해액 첨가제 LiOH의 전기화학적 거동

김호성; 오익현

doi:10.5229/jkes.2008.11.2.115

니켈수소전지용 수산화니켈 입자의 표면처리와 전해액 첨가제 LiOH의 전기화학적 거동
Electrochemical Behaviors of the Surface-Treated Nickel Hydroxide Powder and Electrolyte Additive LiGH for Ni-MH Batteries 원문보기

전기화학회지 = Journal of the Korean Electrochemical Society, v.11 no.2, 2008년, pp.115 - 119

초록
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본 논문은 니켈수소전지의 양극 재료인 수산화니켈의 단일 입자 및 코발트 금속산화물에 의해 표면처리 된 수산화니켈 단일 입자에 대해 각각 알카리 전해액 중의 LiOH 첨가 효과를 마이크로전극 측정시스템을 사용하여 평가하였다. 전위 주사법에 의해 실험한 결과, 수산화니켈 입자에 대한 산화환원 반응과 산소발생 반응에 대한 전기화학적 거동을 보다 명확히 확인 할 수 있었다. 특히, LiOH 첨가에 의해 관찰되는 특징적인 변화는 환원전류 피크가 매우 낮고 브로드하게 반응하는 것으로서, LiOH가 수산화니켈 입자의 격정 구조에 영향을 주어 전기화학적 반응특성에 관여함을 알 수 있다. 그러나 표면 개질 하지 않는 수산화니켈 입자에 LiOH를 첨가 할 경우 용량 및 사이클 특성이 동시에 저하하는 경향을 의였다. 그러나 코발트 금속 산화물로 표면 개질 한 수산화니켈 입자의 경우, LiOH 첨가에 의해 용량 및 싸이클 특성이 향상되는 현상이 관찰 되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Single particle of nickel hydroxide and the surface-treated one with cobalt element were performed to review the effect of LiOH additive in alkaline electrolyte for Ni-MH batteries using microelectrode test system. As a result of cyclic voltammetry, the electrochemical behaviors such as the oxidation/reduction and oxygen evolution reaction are clearly observed for a single particle of nickel hydroxide, respectively. Furthermore, the reduction current peak of nickel hydroxide added with LiOH in electrolyte was very low and broad compared with the normal nickel hydroxide without an additive LiOH, which had a bad effect to the crystallization structure of nickel hydroxide. However, it was found that capacity and cycle properties of the nickel hydroxide treated with cobalt greatly increased by the addition of LiOH.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

보다 효과적임을 알 수 있다. 또한 LiOH 첨가에 의해 발생하는 특징적인 변화는 환원전류 피크가 매우 낮고 브로드하게 반응하는 것으로서 본 실험에서 관찰 하였다. 이와 같은 원인을 조사하기 위해 동일 수산화니켈 입자를 사용하여 복합전극을 제작하고 5 M KOH 용액 또는 5M KOH 용액에 I M Li아1를 첨가한 용액에서 각각 정전압(0.
본 논문은 니켈수소 이차전지의 전해액에 LiOH를 첨가 할 경우 양극 재료인 수산화니켈의 단일입자에 대해 산화환원 거동 및 사이클 특성을 평가했다.
본 연구에서는 마이크로 전극 측정법을 사용하여 니켈수소전지의 양극으로 사용되는 수산화니켈 입자에 대하여 코발트 표면 흡착 처리를 하고, 알칼리 전해액에 LiOH를 첨가 할 경우 전기화학적 거동 및 용량에 미치는 영향에 대하여 기술한다.

가설 설정

Cyclic stability and revereibility of nickelhydroxide particles in (a) 5 M KOH + 0.07 M LiOH or (b) 5 M KOH + 1 M LiOH Scan rate was 10 mV/s.
2. 수산화니켈 입자에 대한 산화물의 표면흡착 이론

이종원소 양이온에 의한 수산화니켈 입자의 표면처리 상태를 이해하기 위해 다음과 같은 양이온 표면흡착 모델을 가정하였다. 13") 우선 흡착반응기구로서 수산화니켈의 입자표면에 존재하는 수산기 그룹은 수용액 pH 에 의존하고 다음과 같은 식으로 반응 한다.

제안 방법

," data-before="alv" data-ocr-fix="">al.,anostat(Hokuto Denko, HAB-501)에 의해 전위를 제어하고, x-y recorder (Graphtec model WX1000)을 사용하여 전류 (또는 전위) 응답을 기록했다.
경힝을 보였다. 그러나 실제 전지에서는 도전율 증가에 의한 활물질 이용률의 향상을 위하여 일반적으로 코발트를 약 5~10wt% 첨가해서 사용하므로, 본 연구에서는 표면 개질하지 않는 수산화니켈(Sample #1) 입자에 코발트 금속산화물로 표면 개질(Sample #2) 하여 전해액 중에서 LiOH 첨가의 영향을 검토했다.
01 M KOH 용액을 적정 시킨다. 그리고 이후 물로 세척하고 UMTC에서 1시간 동안 건조 시킨 후, 마이크로전극에 의해 각각 전기화학적 특성 평가를 실시하였다.
사용하여 분석하였다. 마이크로 전극 측정기의 전기 화학실험 장치는 앞서 보고 된 바와 같이06) 수산화니켈 단일 입자에 대해 전기화학 측정이 실시 될 수 있도록 설계 되었다. 즉 구형 수산화니켈 입자들은 KOH 수용액에 잠긴 상태에서 격리 판 위에 놓이게 되며, Teflon(Cytop, Asahi Glass) film 으로코팅된 Carbon fiber(10 m in diam.
본 논문에서는 산소발생에 대한 수산화칼륨(5 M KOH) 전해질 용액 속에 LiOH 를 첨가 할 경우, 싸이클 특逐에 미치는 효과를 검토하기 위해 5M KOH 전해액에 0.07 M 및 1 M LiOH 를 각각 첨가하고 전위주사 구간을 0.7 V까지 증가 시키고 주사속도 10mV/s로 전기화학 평가를 실시하였다.
수산화니켈 입자의 표면 형태는 SEM(JSM, 5310LL)에 의해 관찰 되었으며, 결정구조는 X선 회절분석기 (SHIMADZU, XD- D1)를 사용하여 분석하였다. 마이크로 전극 측정기의 전기 화학실험 장치는 앞서 보고 된 바와 같이06) 수산화니켈 단일 입자에 대해 전기화학 측정이 실시 될 수 있도록 설계 되었다.
또한 LiOH 첨가에 의해 발생하는 특징적인 변화는 환원전류 피크가 매우 낮고 브로드하게 반응하는 것으로서 본 실험에서 관찰 하였다. 이와 같은 원인을 조사하기 위해 동일 수산화니켈 입자를 사용하여 복합전극을 제작하고 5 M KOH 용액 또는 5M KOH 용액에 I M Li아1를 첨가한 용액에서 각각 정전압(0.7 V)에서 충분히과충전 시킨 후에 XRJD 분석을 실시하였으며 Fig. 5는 이러한 실험 결과를 보여주고 있다.
전기화학 측정은 먼저 Sample #1에 대히♦여 5M KOH 용액 중에 0.07 M 및 1.0 M LiOH 를 각각 첨 가하고 주사속도 1 mV/s로 실험을 실시하였다. Fig.
사용하여 준비하였다. 즉 수산화니켈 분말(55.6mg)은 1.0 wt% 바인더 (PTFE)와 흔합하여 슬러리를 만들고 발포니켈 (면적 : 1.0 cm², 두께 : 1~ 2 mm)에 중진 한 후, 1시간 정도 진공건조 실시하고 약 l, 2(X)kg/cm²의 압력으로 가압해서 제작하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 수산화니켈 입자(Sample #1)는 스미토모 금속 광산(일본)으로부터 구입한 것으로 수산화니켈의 특성을 요약하면 Table 1과 같다. 그리고 이 샘플은 Fig.
비교 시편으로서 제작한 복합 전극은 동일한 입자 분말을 사용하여 준비하였다. 즉 수산화니켈 분말(55.

이론/모형

수산화니켈 입자에 대해 LiOH 첨가의 효과를 보다 상세하게 검토하기 위해 마이크로 측정법에 의해 전위주사(CV)를 실시하였다. 전기화학 측정은 먼저 Sample #1에 대히♦여 5M KOH 용액 중에 0.

성능/효과

Fig. 6에 그 결과를 나타내고 있으며, 0.07 M 수준의 저농도 LiOH를 첨가 하여 실온에서 평가 할 경우 10 사이클에서 수산화니켈의 산화전위가 (-) 방향으로 이동하여 상대적으로 산소 발생이 억제되는 효과가 관찰되었으며, 환원 전위는 약 0.3 V로 LiOH 을 첨가 하지 않은 경우와 거의 일치하며, 또한 전류 피크도 10 사이클에서도 증가하는 효과를 보이고 있다. 그러나 LiOH 농도를 0.
LiOH 첨가에 의해 발생하는 전위주사(CV)의 가장 특징적인 변화는 산화전류에 비해 환원전류 피크가 매우 낮고 브로드하게 반응하는 것으로서 이는 본 실험에서 최초로 관찰 되었다. 이는 환원 반응하는 동안에 층간으로부터 리튬이온의 분해 반응 속도가 느리게 되어 환원 반응 피크가 브로드하게 되었다고 판단된다.
3 V로 LiOH 을 첨가 하지 않은 경우와 거의 일치하며, 또한 전류 피크도 10 사이클에서도 증가하는 효과를 보이고 있다. 그러나 LiOH 농도를 0.07 M에서 1 M로 중가 시킬 경우, 수산화니켈의 산화 전위의 이동이 거의 없으며, 환원전위도 3 사이클에서는 0.3 V, 10 사이클에서는 0.25 V로서 점차 (-) 방향으로 이동하여 보다 쉽게 열화되는 현상이 관찰되었다. 이는 앞서 XRD 결과로부터 검토한 결과와 같이 과잉 리튬 이온의 삽입에 의해 수산화니켈의 결정구조 변화(丫-NiOOH)가 가속화되는 것으로 판단 할 수 있다.
또한 수산화니켈 입자를 사용하여 복합전극을 제작하고 5 M KOH 용액 또는 5 M KOH 용액에 1 M LiOH를 첨가한 용액에서 각각 정전압(0.7 V)에서 충분히 과충전 시킨 후에 XRD 분석을 실시한 결과, 5 M KOH 용액중에서 P상/y상의 NiOOH 구조가 혼재해서 관찰되고, 1 M LiOH를 첨가한 경우에는 주로형의 NiOOH 구조가 관찰된다. 이러한 XRD 결과로부터 알칼리 용액에 LiOH 첨가는 수산화니켈의 결정구조를 0상에서 y 상으로 용이하게 변화시키는 효과를 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
또한 실험 결과로부터 산소발생 억제에는 보다 고농도의 1 M Li아]가 보다 효과적임을 알 수 있다. 또한 LiOH 첨가에 의해 발생하는 특징적인 변화는 환원전류 피크가 매우 낮고 브로드하게 반응하는 것으로서 본 실험에서 관찰 하였다.
이에 비해서 5M KOH 용액에 1 M LiOH를 첨가한 경우에는 주로 y형의 NiOOH 구조가 관찰된다. 이러한 XRD 결과로부터 알카리 용액에 LiOH 첨가는 수산화니켈의 결정구조를 &상에서 Y상으로 용이하게 변화시키는 효과를 가지고 있음을 확인할 수 있* 었다.'기 1, 이러한 결과는 충전하는 동안에 수화한 리틈이온(LF)이 결정구조 층간에 삽입되고 있음을 의미한다.
7 V)에서 충분히 과충전 시킨 후에 XRD 분석을 실시한 결과, 5 M KOH 용액중에서 P상/y상의 NiOOH 구조가 혼재해서 관찰되고, 1 M LiOH를 첨가한 경우에는 주로형의 NiOOH 구조가 관찰된다. 이러한 XRD 결과로부터 알칼리 용액에 LiOH 첨가는 수산화니켈의 결정구조를 0상에서 y 상으로 용이하게 변화시키는 효과를 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
이종원소가 거의 포함되지 않고 거의 순수한 수산화니켈의 입자에 대해 전해액 중에 낮은 농도의 0.07 M LiOH를 첨가 할 경우 산소 과전압 효과가 관찰되고 사이클 특성이 개선되지만, 비교적 고농도의 1 M LiOH를 첨가 할 경우 환원 전위 이동 및 사이클 특성 저하 현상이 관찰되었다.

후속연구

이상과 같이 마이크로 전극 측정법에 의해 실제 니켈수소 이차전지에서 사용되고 있는 LiOH의 전기화학적 거동 및 성능에 미치는 효과에 대해 보다 상세한 검토가 가능하였다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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