리튬이온전지용 화학적 활성화로 제조된 석유계 피치 음극소재의 전기화학적 특성 Electrochemical Characteristics of PFO pitch Anode prepared by Chemical Activation for Lithium Ion Battery원문보기
본 연구에서는 PFO (pyrolyzed fuel oil)를 이용해 탄소 전구체(피치)를 얻은 후 KOH와 $K_2CO_3$를 이용한 화학적 활성화를 통해 표면 개질한 카본의 전기화학적 특성을 분석하였다. 탄소 전구체는 3903, 4001, 4002의 세 종류를 사용하였으며, 각 각 PFO를 $390^{\circ}C$ 3 시간, $400^{\circ}C$ 1시간, $400^{\circ}C$ 2 시간 열처리 하여 제조하였다. 또한 화학적 활성화 실험은 활성 촉매의 종류, 교반시간 등을 변화시키면서 비표면적 및 기공크기 등의 물성이 전기화학적 특성에 미치는 효과를 조사 하였다. 제조된 표면개질 PFO 피치의 물리적 특성은 BET, FE-SEM 등을 통해 분석되었으며, 음극 소재로서의 전기 화학적 성능은 충 방전, 순환전압전류, 임피던스, 속도 테스트를 통해 조사되었다. 화학적 활성화법을 이용해 제조한 카본의 평균 기공크기는 22 nm, 비표면적은 $3.12m^2/g$의 결과를 얻었다. 세 가지 개질된 석유계 피치를 음극소재로 사용하여 조사된 전기화학적 특성은 4001 피치가 가장 우수한 것으로 나타났으며, 이 때 표면개질 조건은 KOH를 사용하여 2시간 교반 후 화학적 활성화법에 의하여 열처리 하였다. KOH를 이용한 표면개질 PFO 피치를 사용해 제조한 전지의 초기 용량은 318 mAh/g, 초기효율은 80%로 우수한 결과를 보였으며, 2C/0.1C 속도 테스트 특성은 92%로 높은 특성을 보였다.
본 연구에서는 PFO (pyrolyzed fuel oil)를 이용해 탄소 전구체(피치)를 얻은 후 KOH와 $K_2CO_3$를 이용한 화학적 활성화를 통해 표면 개질한 카본의 전기화학적 특성을 분석하였다. 탄소 전구체는 3903, 4001, 4002의 세 종류를 사용하였으며, 각 각 PFO를 $390^{\circ}C$ 3 시간, $400^{\circ}C$ 1시간, $400^{\circ}C$ 2 시간 열처리 하여 제조하였다. 또한 화학적 활성화 실험은 활성 촉매의 종류, 교반시간 등을 변화시키면서 비표면적 및 기공크기 등의 물성이 전기화학적 특성에 미치는 효과를 조사 하였다. 제조된 표면개질 PFO 피치의 물리적 특성은 BET, FE-SEM 등을 통해 분석되었으며, 음극 소재로서의 전기 화학적 성능은 충 방전, 순환전압전류, 임피던스, 속도 테스트를 통해 조사되었다. 화학적 활성화법을 이용해 제조한 카본의 평균 기공크기는 22 nm, 비표면적은 $3.12m^2/g$의 결과를 얻었다. 세 가지 개질된 석유계 피치를 음극소재로 사용하여 조사된 전기화학적 특성은 4001 피치가 가장 우수한 것으로 나타났으며, 이 때 표면개질 조건은 KOH를 사용하여 2시간 교반 후 화학적 활성화법에 의하여 열처리 하였다. KOH를 이용한 표면개질 PFO 피치를 사용해 제조한 전지의 초기 용량은 318 mAh/g, 초기효율은 80%로 우수한 결과를 보였으며, 2C/0.1C 속도 테스트 특성은 92%로 높은 특성을 보였다.
In this study, the electrochemical performance of surface modified carbon using the PFO (pyrolyzed fuel oil) was investigated by chemical activation with KOH and $K_2CO_3$. PFO was heat treated at $390{\sim}400^{\circ}C$ for 1~3h to prepared the pitch. Three carbon precursors (...
In this study, the electrochemical performance of surface modified carbon using the PFO (pyrolyzed fuel oil) was investigated by chemical activation with KOH and $K_2CO_3$. PFO was heat treated at $390{\sim}400^{\circ}C$ for 1~3h to prepared the pitch. Three carbon precursors (pitch) prepared by the thermal reaction were 3903 (at $390^{\circ}C$ for 3h), 4001(at $400^{\circ}C$ for 1h) and 4002 (at $400^{\circ}C$ for 2h). Also, the effect of chemical activation catalysts and mixing time on the development of porosity during carbonization was investigated. The prepared carbon was analyzed by BET and FE-SEM. It was shown that chemical activation with KOH could be successfully used to develop carbon with specific surface area ($3.12m^2/g$) and mean pore size (22 nm). The electrochemical characteristics of modified carbon as the anode were investigated by constant current charge/discharge, cyclic voltammetry and electrochemical impedance tests. The coin cell using pitch (4002) modified by KOH has better initial capacity (318 mAh/g) than that of other pitch coin cells. Also, this prepared carbon anode appeared a high initial efficiency of 80% and the retention rate capability of 2C/0.1 C was 92%. It is found that modified carbon anode showed improved cycling and rate capacity performance.
In this study, the electrochemical performance of surface modified carbon using the PFO (pyrolyzed fuel oil) was investigated by chemical activation with KOH and $K_2CO_3$. PFO was heat treated at $390{\sim}400^{\circ}C$ for 1~3h to prepared the pitch. Three carbon precursors (pitch) prepared by the thermal reaction were 3903 (at $390^{\circ}C$ for 3h), 4001(at $400^{\circ}C$ for 1h) and 4002 (at $400^{\circ}C$ for 2h). Also, the effect of chemical activation catalysts and mixing time on the development of porosity during carbonization was investigated. The prepared carbon was analyzed by BET and FE-SEM. It was shown that chemical activation with KOH could be successfully used to develop carbon with specific surface area ($3.12m^2/g$) and mean pore size (22 nm). The electrochemical characteristics of modified carbon as the anode were investigated by constant current charge/discharge, cyclic voltammetry and electrochemical impedance tests. The coin cell using pitch (4002) modified by KOH has better initial capacity (318 mAh/g) than that of other pitch coin cells. Also, this prepared carbon anode appeared a high initial efficiency of 80% and the retention rate capability of 2C/0.1 C was 92%. It is found that modified carbon anode showed improved cycling and rate capacity performance.
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문제 정의
이제까지 보고된 많은 화학적 활성화에 관한 논문에서는 화학적 활성화 이후 초기용량 및 초기효율은 증가 되었지만 오히려 화학적 활성화에 따른 메커니즘에 의해 부피 팽창 및 기공 구조가 발달됨으로써 안정성이 떨어지는 것을 볼 수 있다[10]. 따라서 본 논문에서는 화학적 활성화 과정에서의 탄소 소재와 활성화제 수용액을 사용하여 표면 개질함으로서 속도 특성을 개선하였다.
본 연구에서는 리튬이차전지의 음극소재로 화학적 활성화법으로 제조된 표면개질 된 카본의 전기화학적 특성을 조사하였다. 저가의 석유계 부산물을 이용해 각 온도와 시간으로 개질한 피치를 이용해서 KOH와 K2CO3로 표면 개질하여, 미세기공이 발달된 다양한 카본을 제조하였다.
본 연구에서는 화학적 활성화제의 종류 및 첨가량, 화학적 활성화 온도 및 시간을 조절하고 PFO를 원료로 제조한 카본의 표면을 개질하여 물리적 특성과 음극활물질로서 전기화학적 성능을 조사하였다. 사용된 탄소원료는 국내 정유공장에서 발생되는 석유계 부산물(Yeochun NCC CO.
제안 방법
본 연구에서는 PFO를 사용하여 다양한 온도와 시간으로 열처리된 피치를 탄화과정과 화학적 활성화시 반응을 거쳐 리튬이차 전지 음극용 카본재를 제조하였다. PFO를 390 ℃에서 3시간, 400 ℃에서 1시간, 400 ℃에서 2시간 개질한 피치를 사용하였으며, 화학적 활성화 촉매는 KOH, K2CO3 수용액의 농도와 교반시간을 변화시킴으로서 표면 개질된 카본의 물성 특성을 조사하였다. 제조된 카본의 물리적 특성은 BET, FE-SEM 등을 사용하여 분석하였으며, 전기화학적 특성은 코인타입의 반쪽 전지를 제조하여 충·방전, 사이클, 속도, 순환전압전류, 임피던스 테스트 등의 실험을 수행하여 리튬이차전지 음극소재로서의 성능을 실험하였다.
열처리 반응 후 불순물과 잔존 칼륨 화합물을 제거하기 위해 35 wt% HCl을 이용하여 80 ℃에서 2 시간동안 산 처리 하였다. 그 후 용액의 pH가 7이 되도록 증류수로 수세처리를 한 뒤 100 ℃오븐에서 12 시간 진공 건조하여 화학적 활성화를 사용하여 표면개질 된 카본 음극소재를 제조하였다. 화학적 활성화로 표면개질 한 카본 음극재의 제조방법은 Fig.
또한, 제작된 전지의 전기화학적 특성을 평가하기 위해 WBCS 3000 Battery Cycler(Won A Tech)를 이용하여 충·방전 시험을 진행하였다.
본 연구에서는 PFO를 사용하여 다양한 온도와 시간으로 열처리된 피치를 탄화과정과 화학적 활성화시 반응을 거쳐 리튬이차 전지 음극용 카본재를 제조하였다. PFO를 390 ℃에서 3시간, 400 ℃에서 1시간, 400 ℃에서 2시간 개질한 피치를 사용하였으며, 화학적 활성화 촉매는 KOH, K2CO3 수용액의 농도와 교반시간을 변화시킴으로서 표면 개질된 카본의 물성 특성을 조사하였다.
표면개질 된 카본의 리튬이차전지 성능을 평가하기 위해 전기화학적 충·방전 테스트를 수행하여 조사하였다. 석유계 피치의 개질온도와 시간에 따른 전극의 특성을 비교하기 위하여 온도를 390~420 ℃, 개질 시간을 1~3 시간으로 조절하여 카본재 전구체를 제조한 다음 화학적 활성화에 따른 전극 특성 비교를 위하여 피치의 교반시간을 각 각 0.5~2 시간으로 조절하며 제조한 표면개질 된 카본을 활물질로 하여 반쪽전지를 제조하여 실험하였다.
1 C의 다양한 C-rate에서 테스트를 진행하였다. 순환전압 전류 테스트 전기화학 실험을 위해 구동전압을 0.01~2.5 V로하고 1 mV/sec의 주사 속도를 가하여 ZIVE LAB MP2 (Won ATech)를 이용하여 측정하였다. 임피던스 시험은 ZIVE LAB MP2(Won A Tech)를 사용하였으며, 100 kHz~0.
5 V로하고 1 mV/sec의 주사 속도를 가하여 ZIVE LAB MP2 (Won ATech)를 이용하여 측정하였다. 임피던스 시험은 ZIVE LAB MP2(Won A Tech)를 사용하였으며, 100 kHz~0.01 Hz의 범위에서 실시하였다.
본 연구에서는 리튬이차전지의 음극소재로 화학적 활성화법으로 제조된 표면개질 된 카본의 전기화학적 특성을 조사하였다. 저가의 석유계 부산물을 이용해 각 온도와 시간으로 개질한 피치를 이용해서 KOH와 K2CO3로 표면 개질하여, 미세기공이 발달된 다양한 카본을 제조하였다. KOH로 화학적 활성화 기술로 제조된 카본은 22 nm의 평균 기공크기와 3.
6에 나타내었다. 전압 범위는 0~1.5 V, Scan rate 1 mV/s로 고정하여 5 cycle 동안 특성을 분석하였다. 첫 번째 사이클을 살펴보면 산화 반응의 0.
활물질과 바인더를 96:4의 중량비로 혼합하고 NMP (N-methyl pyrrolidone)로 점도를 조절해 슬러리를 제조한 후, 구리 호일 위에 175 µm의 두께로 코팅하여 건조시켜 압연 공정을 거쳐 전극을 제조하였다. 전해액으로는LiPF6 (EC/DMC=1:1)+VC (Vinylene Carbonate) 3 wt%를 사용해 전지의 특성을 조사하였다. 제조된 카본의 기공구조와 같은 물리적 표면특성을 알아보기 위해 BET (Surface Area and Pore Characterization System, ASAP 2010, Autopore III 9420)를, 입자 형상을 분석하기 위하여 FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope, S-2500C, Hitachi)을 사용하여 분석을 실시하였다.
제조된 카본 음극소재의 전기화학적 특성을 확인하기 위하여 Li Metal을 상대전극으로 하여 코인 타입의 반쪽 전지를 제조하였다. 전극의 활물질은 표면개질 된 카본을 사용하였으며, 바인더는 PVDF (Polyvinylidene fluoride)를 사용하였다.
전해액으로는LiPF6 (EC/DMC=1:1)+VC (Vinylene Carbonate) 3 wt%를 사용해 전지의 특성을 조사하였다. 제조된 카본의 기공구조와 같은 물리적 표면특성을 알아보기 위해 BET (Surface Area and Pore Characterization System, ASAP 2010, Autopore III 9420)를, 입자 형상을 분석하기 위하여 FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope, S-2500C, Hitachi)을 사용하여 분석을 실시하였다. 또한, 제작된 전지의 전기화학적 특성을 평가하기 위해 WBCS 3000 Battery Cycler(Won A Tech)를 이용하여 충·방전 시험을 진행하였다.
제조된 카본의 물리적 특성은 BET, FE-SEM 등을 사용하여 분석하였으며, 전기화학적 특성은 코인타입의 반쪽 전지를 제조하여 충·방전, 사이클, 속도, 순환전압전류, 임피던스 테스트 등의 실험을 수행하여 리튬이차전지 음극소재로서의 성능을 실험하였다.
충·방전 테스트의 cut-off 전압은 0.01~2.5 V로 하고 속도 특성을 0.1C, 0.2C, 0.5 C, 1 C, 2 C, 0.1 C의 다양한 C-rate에서 테스트를 진행하였다.
표면개질 된 카본 음극재의 제조 방법으로는 저가의 석유계 부산물을 반응온도(390~400 ℃), 시간(1~3 시간)을 달리하여 N2 분위기에서 개질하여 피치를 제조한 후, 900 ℃에서 1 시간 탄화하여 카본을 제조하였다. 이 때 390 ℃에서 3 시간 개질한 석유계 피치를 사용한 카본을 3903, 400 ℃에서 1시간 개질한 피치를 사용한 카본을4001, 400 ℃에서 2 시간 개질한 피치를 사용한 카본을 4002라 명명한다.
표면개질 된 카본의 리튬이차전지 성능을 평가하기 위해 전기화학적 충·방전 테스트를 수행하여 조사하였다.
화학적 활성화 과정 중 카본표면의 KOH 입자를 확인하기 위하여 FE-SEM 표면특성을 분석하였다. 교반 후 카본의 표면은 Fig.
활물질과 바인더를 96:4의 중량비로 혼합하고 NMP (N-methyl pyrrolidone)로 점도를 조절해 슬러리를 제조한 후, 구리 호일 위에 175 µm의 두께로 코팅하여 건조시켜 압연 공정을 거쳐 전극을 제조하였다.
대상 데이터
또한 화학적 활성화법에 의한 미세기공을 형성하기 위하여 활성화 약품인 KOH (Potassium hydroxide 98%, SAMCHUN)와 K2CO3 (Potassium carbonate 99%, SAMCHUN)을 사용하였다. 그리고 볼-밀(Pulverisette, Fritsch, Germany)을 사용하여 입도를 조절하여 음극재로 사용하였다. 전극제조를 위한 바인더는 PVDF (Polyvinylidene fluoride)를, 용매로는 NMP (1-methyl-2-pyrrodidinone, Sigma Aldrich)를 사용하였다.
, produced by NCC (Naphtha Cracking Center, South Korea))을 5L급 반응기에서 개질온도(390~400 ℃), 개질시간(1~3시간)을 질소 분위기(200 cc/min)에서 반응시키고 3903, 4001, 4002으로 명명하였다. 또한 화학적 활성화법에 의한 미세기공을 형성하기 위하여 활성화 약품인 KOH (Potassium hydroxide 98%, SAMCHUN)와 K2CO3 (Potassium carbonate 99%, SAMCHUN)을 사용하였다. 그리고 볼-밀(Pulverisette, Fritsch, Germany)을 사용하여 입도를 조절하여 음극재로 사용하였다.
본 실험에 사용된 카본의 원료인 석유계 피치는 원료인 PFO로부터 얻는다. 이 때 피치 반응 중 개질 온도, 개질 시간, 승온 온도 등에 따라 피치의 구조적 특성, 불순물의 함량, 원소 함량 등이 달라진다고 보고되었다[13].
제조된 카본 음극소재의 전기화학적 특성을 확인하기 위하여 Li Metal을 상대전극으로 하여 코인 타입의 반쪽 전지를 제조하였다. 전극의 활물질은 표면개질 된 카본을 사용하였으며, 바인더는 PVDF (Polyvinylidene fluoride)를 사용하였다. 활물질과 바인더를 96:4의 중량비로 혼합하고 NMP (N-methyl pyrrolidone)로 점도를 조절해 슬러리를 제조한 후, 구리 호일 위에 175 µm의 두께로 코팅하여 건조시켜 압연 공정을 거쳐 전극을 제조하였다.
그리고 볼-밀(Pulverisette, Fritsch, Germany)을 사용하여 입도를 조절하여 음극재로 사용하였다. 전극제조를 위한 바인더는 PVDF (Polyvinylidene fluoride)를, 용매로는 NMP (1-methyl-2-pyrrodidinone, Sigma Aldrich)를 사용하였다.
성능/효과
5, 1, 2 시간으로 증가시켰을 때, 전지 초기용량은224, 272, 285 mAh/g으로 증가하였고, 속도특성 역시 60, 63, 65%로 증가하는 경향을 보였다. 4001 카본의 KOH 수용액 교반시간을 0.5~2 시간으로 변화하였을 때 역시 초기용량은 198, 245, 273 mAh/g, 속도 특성은 90, 87, 92%로 증가하는 경향을 보였다. 또한 4203 카본의 KOH 수용액 교반시간을 0.
저가의 석유계 부산물을 이용해 각 온도와 시간으로 개질한 피치를 이용해서 KOH와 K2CO3로 표면 개질하여, 미세기공이 발달된 다양한 카본을 제조하였다. KOH로 화학적 활성화 기술로 제조된 카본은 22 nm의 평균 기공크기와 3.12 m2/g의 비표면적을 갖고 있음을 알 수 있었다. 또한 피치의 개질온도와 시간, 화학적 활성화 과정에서의 교반시간을 조절하여 표면 개질된 피치를 제조한 후 반쪽전지를 제조하여 전지의 특성을 조사한 결과, 개질된 피치에 따른 전지성능은 큰 차이가 없었으나, 25 µm 이하로 입도 조절한 경우 전지의 전기 화학적 성능이 좋아지는 경향을 보였다.
표면개질 된 카본의 비표면적 및 평균 기공크기를 Table 3에 나타내었다. KOH로 화학적 활성화한 표면개질 된 카본의 비표면적은 3.12 m2/g으로 측정 되었으며, 평균 기공크기 22 nm를 확인하였고, K2CO3로 화학적 활성화한 표면개질 된 카본의 비표면적은 5.22 m2/g으로 측정 되었으며, 평균 기공크기 32 nm를 확인하였다. 이는 Cheng [12]등이 보고한바와 같이 KOH, K2CO3 수용액에 오랜 시간 침적시키지 않고 필터링 과정을 거쳐 화학적 활성화 촉매 입자를 제거함으로써, 일반적인 화학적 활성화 촉매를 이용한 화학적 활성화와 같이 큰 비표면적 및 기공 구조의 발달이 이루어지는 것보다 탄소 표면에 기공 구조와 같은 구조적 변화가 있다고 생각된다.
5~2 시간으로 변화하였을 때 역시 초기용량은 198, 245, 273 mAh/g, 속도 특성은 90, 87, 92%로 증가하는 경향을 보였다. 또한 4203 카본의 KOH 수용액 교반시간을 0.5~2 시간으로 변화하였을 때 초기용량은 311, 325, 430 mAh/g으로 증가하는 경향을 보였지만, 속도특성은 교반시간에 따라 65, 65, 54%로 감소하는 경향을 보였다.
또한 첫 번째 사이클과 두 번째 사이클 이후의 CV 곡선간의 차이가 거의 없을을 총해 SEI층이 안정되게 형성되었음을 알 수 있다. 또한 산화반응에서 0.3 V 이후 나타나는 피크는 리튬이온이 카본에 삽입됨에 따라 일어나는 합금반응에 대한 결과이며, 0.4 V에서 나타나는 피크에서 환원반응에 의해 합금상을 이루던 카본과 리튬의 탈 합금반응이 일어난다는 것을 확인하였다. 또한 사이클이 반복되어도 CV 곡선 영역의 차이가 크지 않은데 이는 표면 개질된 카본의 구조가 안정적이기 때문이라고 생각된다[15].
이는 첫 번째 사이클에서 리튬이온이 삽·탈리되는 과정에서 전해액과 반응하여 SEI (solid electrolyte interface)막이 형성되었음을 나타낸다. 또한 첫 번째 사이클과 두 번째 사이클 이후의 CV 곡선간의 차이가 거의 없을을 총해 SEI층이 안정되게 형성되었음을 알 수 있다. 또한 산화반응에서 0.
또한 피치의 개질온도와 시간, 화학적 활성화 과정에서의 교반시간을 조절하여 표면 개질된 피치를 제조한 후 반쪽전지를 제조하여 전지의 특성을 조사한 결과, 개질된 피치에 따른 전지성능은 큰 차이가 없었으나, 25 µm 이하로 입도 조절한 경우 전지의 전기 화학적 성능이 좋아지는 경향을 보였다.
또한 이러한 구조적 특성과 함량은 연화점 변화로 이어지고, 이러한 연화점의 변화는 피치를 이용해 제조한 카본의 전기화학적 특성에도 영향을 미치는 것으로 보고되었다. 본 논문에서 사용한 피치는 각각 390 ℃에서 3 시간 개질, 400 ℃ 1 시간 개질, 400 ℃에서 2 시간 개질한 피치를 사용하였고, 각 피치의 연화점은 187.9 ℃, 172.0 ℃, 188.9 ℃로 나타났으며, 탄소함량은 93.96, 93.75, 94.11%로 나타났다
앞선 실험에서 좋은 성능을 보인 KOH 수용액에 2시간 교반한 피치를 각 각 25~35 µm의 입도 분포를 가진 3903, 4001, 4002 카본에 대해 실험을 진행하였으며, 각 각의 초기용량은306, 318, 310 mAh/g으로 나타났으며 초기 효율은 81, 80, 82%로 나타났고, 속도 특성은 90, 91, 90%의 효율을 보였다.
을 이용한 표면 개질 후 입도 조절 테스트를 한 결과를 Table 2에 보였다. 입도 조절된 4001 카본의 K2CO3 수용액 교반시간을 0.5,1, 2 시간으로 변화했을 때, 전지 초기용량은 290, 305, 317 mAh/g으로 증가하였고, 초기 효율은 71, 76, 71%로 나타났으며 속도 특성은 90, 91, 92%로 증가하는 경향을 보였다. 또한 Table 2에서 4001 카본과 K2CO3 수용액 교반시간에 따른 전기화학적 특성을 실험하였으며, 앞서 가장 좋은 성능을 보였던 K2CO3 수용액에 2h 교반한 3903, 4001, 4002 카본에 따른 특성을 Fig.
입도 조절을 하지 않은 카본의 전기화학적 특성을 Table 1에 나타내었다. 입도조절을 하지 않은 3903 카본의 KOH 수용액 교반시간이 각 각 0.5, 1, 2 시간으로 증가시켰을 때, 전지 초기용량은224, 272, 285 mAh/g으로 증가하였고, 속도특성 역시 60, 63, 65%로 증가하는 경향을 보였다. 4001 카본의 KOH 수용액 교반시간을 0.
또한 피치의 개질온도와 시간, 화학적 활성화 과정에서의 교반시간을 조절하여 표면 개질된 피치를 제조한 후 반쪽전지를 제조하여 전지의 특성을 조사한 결과, 개질된 피치에 따른 전지성능은 큰 차이가 없었으나, 25 µm 이하로 입도 조절한 경우 전지의 전기 화학적 성능이 좋아지는 경향을 보였다. 초기 용량이 높았던 400 ℃에서 1시간 개질한 피치를 이용한 카본은 KOH를 이용한 화학적 활성화 이후에도 가장 높은 용량인 318 mAh/g을 보였고, 80%의 초기효율과 2C/0.1 C 율속 테스트 92%의 우수한 전기화학적 특성을 보였다.
5에 나타내었다. 표면 개질된 각 카본은 초기 용량 291, 312, 300 mAh/g, 초기 효율75, 75, 78%, 속도 특성 90, 91, 87%의 특성을 나타내었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
리튬 이차전지의 장점은 무엇인가?
또한 하이브리드 및 전기자동차의 발달에 따라 배터리 성능의 발달이 절실히 요구되고 있다. 전기 자동차의 에너지원으로 사용되는 핵심 부품인 리튬 이차전지는 3~4 V의 작동 전압 및 높은 에너지 밀도와 더불어 고수명의 장점이 있어 연구가 활발히 진행되고 있다[1].
피치 반응 중 개질 온도, 개질 시간, 승온 온도 등에 따라 변화되는 피치의 구조적 특성과 함량이 어떠한 영향을 미치는가?
이 때 피치 반응 중 개질 온도, 개질 시간, 승온 온도 등에 따라 피치의 구조적 특성, 불순물의 함량, 원소 함량 등이 달라진다고 보고되었다[13]. 또한 이러한 구조적 특성과 함량은 연화점 변화로 이어지고, 이러한 연화점의 변화는 피치를 이용해 제조한 카본의 전기화학적 특성에도 영향을 미치는 것으로 보고되었다. 본 논문에서 사용한 피치는 각각 390 ℃에서 3 시간 개질, 400 ℃ 1 시간 개질, 400 ℃에서 2 시간 개질한 피치를 사용하였고, 각 피치의 연화점은 187.
활성탄으로 탄소계열의 물리적 특성을 변화시키는 방법은 무엇이 있는가?
특히 탄화 및 활성화 등의 방법으로 발달시킨 기공구조와 같은 물리적 특성이 전기화학적 특성에 미치는 영향에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 활성탄의 물리적 특성을 변화시키는 방법으로는 강염기를 이용한 화학적 활성화 방법, 전이금속 및 희토류 금속을 촉매로 사용하는 이온 교환 방법, 고분자 블렌드를 탄화시키는 고분자 탄화법 등이 있다[4,5]. 또한 야자각 차콜, 흑연 등 탄소계 소재를 다양한 화학적 활성화방법과 활성화제를 이용하여 비표면적과 기공을 제어하여 초기용량, 초기효율, 속도 특성 등 전기화학적 특성을 증가시키는 연구가 활발히 진행되고 있다.
참고문헌 (16)
Jung, M. J., Park, J. Y. and Lee, J. D., "Electrochemical Characteristics of Silicon/Carbon Composites with CNT for Anode Material," Korean Chem. Eng. Res., 54(1), 16-21(2016).
Lv, Y., Zhang, F., Dou, Y., Zhai, Y., Wang, J., Liu, H., Xia, Y., Tu, B. and Zhao, D., "A Comprehensive Study on KOH Activation of Ordered Mesoporous Carbons and Their Supercapacitor Application," J. Mater. Chem., 22(1), 93-99(2012).
Jeong, J. H., Jung, D. W., Kong, B. S., Shin, C. M. and Oh, E. S., "The Effect of Graphene Nanosheets as an Additive for Anode Materials in Lithium Ion Batteries," Korean J. Chem. Eng., 28(11), 2202-2205(2011).
Elmouwahidi, A., Zapata-Benabithe, Z., Carrasco-Marin, F. and Moreno-Castilla, C., "Activated Carbons from KOH-activation of Argan (Argania spinosa) Seed Shells as Supercapacitor Electrodes," Bioresour. Technol., 111, 185-190(2012).
He, X., Zhao, N., Qiu, J., Xiao, N., Yu, M., Yu, C., Zhang, X. and Zheng, M., "Synthesis of Hierarchical Porous Carbons for Supercapacitors from Coal Tar Pitch with Nano- $Fe_2O_3$ as Template and Activation Agent Coupled with KOH Activation," J. Mater. Chem. A, 1(33), 9440-9448(2013).
Chen, Y., Liu, C., Sun, X., Ye, H., Cheung C. and Zhou, L., "Recycled Diesel Carbon Nanoparticles for Nanostructured Battery Anodes," J. Power Sources, 275, 26-31(2015).
Zhu, Y., Xiang, X., Liu, E., Wu, Y., Xie, H., Wu, Z. and Tian, Y., "A Microporous Carbon Derived from Phenol-melamine-formaldehyde Resin by $K_2CO_3$ Activation for Lithium Ion Batteries," Ionics, 19(3), 409-414(2013).
Hayashi, J. I., Uchibayashi, M., Horikawa, T., Muroyama, K., amd Gomes, V. G., "Synthesizing Activated Carbons from Resins by Chemical Activation with $K_2CO_3$ ," Carbon, 40(15), 2747-2752 (2002).
Moon, S. Y., Lee, B. H. and Lim, Y. S., "Characterization and Fabrication of Chemically Activated Carbon Fibers with Various Drying Temperatures Using OXI-PAN Fibers," Carbon letters, 8(1), 30-36(2007).
Hayashi, J. I., Kazehaya, A., Muroyama, K. and Watkinson, A. P., "Preparation of Activated Carbon from Lignin by Chemical Activation," Carbon, 38(13), 1873-1878(2000).
Cheng, Q., Yuge, R., Nakahara, K., Tamura, N. and Miyamoto, S., "KOH Etched Graphite for Fast Chargeable Lithium-ion Batteries," J. Power Sources, 284, 258-263(2015).
Kim, J. G., Kim, J. H., Song, B. J., Lee, C. W. and Im, J. S., "Synthesis and Its Characterization of Pitch from Pyrolyzed Fuel Oil (PFO)," J. Industrial & Engineering Chemistry, 36, 293-297(2016).
Lian, P., Zhu, X., Liang, S., Li, Z., Yang, W. and Wang, H., "Large Reversible Capacity of High Quality Graphene Sheets as An Anode Material for Lithium-ion Batteries," Electrochim. Acta, 55(12), 3909-3914(2010).
Kim, K. H., Park, M. S., Jung, M. J. and Lee, Y. S., "Influence of Textural Structure by Heat-treatment on Electrochemical Properties of Pitch-based Activated Carbon Fiber," Appl Chem Eng., 26(5), 598-603(2015).
Campbell, B., Ionescu, R., Favors, Z., Ozkan, C. S. and Ozkan, M., "Bio-Derived, Binderless, Hierarchically Porous Carbon Anodes for Li-ion Batteries," Sci. Rep., 5, 14575(2015).
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