선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 폐 초경합금에서 추출된 Co 바인더를 이용하여 LiCoO2를 합성하고자 하였다. 그림 1에 보듯이 산업현장에서 버려지는 폐 WC가 추출되고 남은 폐산 수용액 내의 Co 전구체를 출발물질로 사용하였다.
제안 방법
- 500-650℃ 반응후, 1000℃로 가열하면 Zn은 휘발되며 분쇄를 통하여 Co의 함량이 적은 고순도의 WC를 얻을 수 있었다. WC를 얻고 버려지는 폐산 용액에는 다양한 금속물질이 함유되어 있으며, pH 적정을 하여 Co를 전구체를 추출하였다[5].
- 일반적으로 가수분해반응과 산화반응은 pH 증가에 따라 쉽게 일어나는 반면, 탈수반응은 고온에서 산소 분압에 의한 산화반응에 의해 일어나게 되며, 저온에서도 산화 반응 유도가 가능하다[12]. 본 연구에서는 Co 전구체의 산화를 통한 고순도의 Co3O4 나노 입자를 얻기 위하여 500℃에서 하소하였다.
- 입자를 합성하기 위하여, 산업 현장에서 버려지는 폐산 수용액으로부터 Co 전구체를 추출하였다. 얻어진 Co 전구체를 이용하여 소결 과정을 통해 LiCoO2 입자를 합성하였다. 합성된 입자의 크기는 각각 6-7 µm(Li/Co=1.
- 이차전지의 재료로서 높은 에너지 밀도 및 충·방전 사이클을 갖는 LiCoO2 입자를 합성하기 위하여, 산업 현장에서 버려지는 폐산 수용액으로부터 Co 전구체를 추출하였다.
- 2차 소결이 완료된 시편은 분쇄하여 분석하였다. 합성된 입자의 결정구조 및 미세구조 관찰을 위하여 X-ray diffraction(XRD, D/max 2500v/pc, Rigaku, Japan), Scanning electron microscope(SEM, JSM-6390, JEOL, Japan)을 통해 분석하였다.
대상 데이터
- Co3O4와의 반응성 차이를 확인하기 위하여 두가지 종류의 Li 전구체를 이용하였다. 그림 5는 LiOH· H2O를 이용하여 합성한 LiCoO2 입자의 XRD 패턴 결과이다.
- 합성의 Co 출발물질로 사용하였다. Li 전구체로는 Li2CO3와 LiOHㆍH2O 두 가지를 사용하였다. Li/Co=1.
- 얻어진 Co 전구체는 산화 과정을 통해 Co3O4로 산화시켜 Li2CoO2 합성에 이용하였다. Li2CO3와 LiOHㆍH2O의 서로 다른 Li 전구체를 이용하였으며, Li/Co의 몰 분율을 변화시켜 LiCoO2 입자를 합성하였다.
- LiCoO2 합성은 Co3O4 나노입자와 Li2CO3, LiOH· H2O를 출발물질로 사용하였다.
- 그림 2는 인서트 생산에 사용된 후 폐기되는 WCCo 초경합금은 몰드의 형태로서 1-5 µm의 입도 분포를 갖는 WC 입자와 결합제 역할을 하는 10 wt% Co 로 구성되어 있다 실험에 사용된 폐 초경합금은 그림 2a)에 볼 수 있듯이 원통형 몰드 형태를 사용하였으며, WC의 입자는 약 1.2 µm 크기의 각진 모양임을 그림 2b)에서 확인 할 수 있다.
- 본 연구에서 사용된 Co 전구체는 폐 WC-Co 합금에서 ZDP 공정을 이용하여 WC 분리한 후 남은 폐산 용액(35%, HCl)에서 추출할 수 있다[5]. 폐산 용액 4L를 증류수 8L에 희석시켜 교반하면서 5 M의 Sodium hydroxide(NaOH) 용액을 이용하여 pH 4로 적정하였다.
- 얻어진 Co 전구체는 500℃, 산소분위기에서 1시간 유지하여 열분해 과정을 통해 Co3O4 나노입자를 얻 었으며, LiCoO2 합성의 Co 출발물질로 사용하였다. Li 전구체로는 Li2CO3와 LiOHㆍH2O 두 가지를 사용하였다.
- 그림 1에 보듯이 산업현장에서 버려지는 폐 WC가 추출되고 남은 폐산 수용액 내의 Co 전구체를 출발물질로 사용하였다. 얻어진 Co 전구체는 산화 과정을 통해 Co3O4로 산화시켜 Li2CoO2 합성에 이용하였다. Li2CO3와 LiOHㆍH2O의 서로 다른 Li 전구체를 이용하였으며, Li/Co의 몰 분율을 변화시켜 LiCoO2 입자를 합성하였다.
성능/효과
- WC를 추출하기 위하여 Zinc Decomposed Process(ZDP)를 이용하였으며, 폐 초경합금에 Zn을 첨가하여 Zn의 용융점인 500-650℃ 범위에서 반응하면 Zn이 Co와 결합하여 공정반응에 의해 액화되면서 Zn-Co합금의 형태로 분리되게 된다. 500-650℃ 반응후, 1000℃로 가열하면 Zn은 휘발되며 분쇄를 통하여 Co의 함량이 적은 고순도의 WC를 얻을 수 있었다. WC를 얻고 버려지는 폐산 용액에는 다양한 금속물질이 함유되어 있으며, pH 적정을 하여 Co를 전구체를 추출하였다[5].
- 각각 6 µm, 8 µm의 분포로 Li2CO3를 사용했을 때와 유사한 크기의 입자가 합성되었으며, LiOH· H2O의 양이 증가함에 따라 입자의 크기가 증가되는 것을 확인하였다.
- 05로 혼합한 경우, LiCoO2의 결정상이 관찰되었으며, 불순물이 소량 존재한다. 두 가지 종류의 Li 전구체를 이용하여 LiCoO2 분말 합성 결과, LiCoO2와 Li2CO3의 혼합물의 형태가 관찰되었다. Li 전구체의 양이 증가하게 되면 반응에 참여하는 Li 이온의 농도가 증가하고, 결정성이 증가되는 것을 확인 할 수 있다.
- 합성된 입자의 크기는 각각 6-7 µm(Li/Co=1.00)와 8-9 µm (Li/Co=1.05)의 입도 분포를 나타내었고, 반응에 참여하는 Li 이온의 분율이 높을수록 입자의 크기가 성장한다.
후속연구
- 산업 폐기물로부터의 추출된 원료를 사용하여 자원 재활용 및 효율 향상측면에서 우수한 양극 전지 재료를 합성할 수 있을 것으로 기대된다. 또한폐 초경합금으로부터 얻어지는 Co 전구체를 활용하여 다양한 물질 합성 및 응용이 가능할 것으로 예상된다.
- 05)의 입도 분포를 나타내었고, 반응에 참여하는 Li 이온의 분율이 높을수록 입자의 크기가 성장한다. 산업 폐기물로부터의 추출된 원료를 사용하여 자원 재활용 및 효율 향상측면에서 우수한 양극 전지 재료를 합성할 수 있을 것으로 기대된다. 또한폐 초경합금으로부터 얻어지는 Co 전구체를 활용하여 다양한 물질 합성 및 응용이 가능할 것으로 예상된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.