$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

리튬 이차전지용 전극 및 연료전지 촉매 소재 연구 개발 동향
Development of Electrode Materials for Li-Ion Batteries and Catalysts for Proton Exchange Membrane Fuel Cells 원문보기

세라미스트 = Ceramist, v.21 no.4, 2018년, pp.388 - 405  

윤홍관 (충남대학교 신소재공학과) ,  김다희 (충남대학교 신소재공학과) ,  김천중 (충남대학교 신소재공학과) ,  김용진 (충남대학교 에너지기술과학대학원) ,  민지호 (충남대학교 에너지기술과학대학원) ,  정남기 (충남대학교 에너지기술과학대학원)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we review about current development of electrode materials for Li-ion batteries and catalysts for fuel cells. We scrutinized various electrode materials for cathode and anode in Li-ion batteries, which include the materials currently being used in the industry and candidates with high...

주제어

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
리튬이온전지의 구성은 어떻게 되는가? 최근 상용화되어 도로 위를 달리고 있는 전기 자동차에서는, 전기화학적 산화/환원 반응이 가역적으로 일어날 수 있는 전극 소재들을 사용함으로써 반복적인 충방전이 가능하고 높은 에너지 밀도와 전압을 가지고 있는 리튬이온전지를 동력원으로 사용하고 있다. 이러한 리튬이온전지는 양극, 음극, 분리막 그리고 전해액으로 구성되는데, 양극과 음극은 반복적으로 리튬이온의 삽입(intercalation)과 탈리(deintercalation)가 가능한 안정한 구조로 이루어져 있어야 하며 전해질은 이온의 전달이 용이한 물질이어야 하고, 분리막은 양극과 음극의 직접적인 접촉을 막을 수 있어야 한다. 그러나 전기자동차에 사용되는 리튬이온전지는 고속 충전 시 매우 높은 열이 발생하게 되는데 이는 전지의 수명을 급격히 감소시킬 뿐 만 아니라 폭발의 위험이 있어 안정적인 시스템 관리를 위해 약 2 시간 정도의 긴 시간 동안 느리게 충전해야한다는 단점을 가지고 있고, 현재의 시스템으로는 1회 충전 시 약 300 ~ 400 km 정도의 주행가능 거리를 보여 주고 있어 고용량, 고출력의 이차전지 개발이 절실하다고 할 수 있다.
가솔린, 디젤 등의 화석연료를 사용하는 내연기관 자동차의 문제점은? 이러한 에너지 수급 및 기후변화 이슈를 동시에 해결하기 위한 방법 중 하나로 이산화탄소를 배출하지 않는 친환경 자동차 개발이 활발히 진행되고 있다. 가솔린, 디젤 등의 화석연료를 사용하고 있는 현재의 내연기관 자동차 배기가스에는 이산화탄소, 일산화탄소, 질소산화물 등 지구온난화 및 미세먼지의 원인이 되는 물질이 포함되어있으며, 세계적으로 사용되고 있는 자동차 수의 증가로 인해 기후변화의 속도를 가속화시키는 주범이 되고 있다. 따라서 화석연료를 사용하지 않는 친환경 에너지 시스템으로서 이차전지를 이용하는 전기 자동차 및 수소 연료전지를 이용하는 연료전지 자동차 개발에 많은 관심이 모아지고 있다.
에너지 수급 및 기후변화 이슈를 동시에 해결하기 위한 방법으로 자동차 시장에서 관심을 갖고 있는 것은? 가솔린, 디젤 등의 화석연료를 사용하고 있는 현재의 내연기관 자동차 배기가스에는 이산화탄소, 일산화탄소, 질소산화물 등 지구온난화 및 미세먼지의 원인이 되는 물질이 포함되어있으며, 세계적으로 사용되고 있는 자동차 수의 증가로 인해 기후변화의 속도를 가속화시키는 주범이 되고 있다. 따라서 화석연료를 사용하지 않는 친환경 에너지 시스템으로서 이차전지를 이용하는 전기 자동차 및 수소 연료전지를 이용하는 연료전지 자동차 개발에 많은 관심이 모아지고 있다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (52)

  1. Naoki Nitta, F. W., Jung Tae Lee and Gleb Yushin. "Li-Ion Battery Materials: Present and Future" Mater. Today, 18 (5), 252 (2015). 

  2. Vinodkumar Etacheri, R. M., Ran Elazari, Gregory Salitra and Doron Aurbach. "Challenges in the Development of Advanced Li-Ion Batteries: a Review" Energy Environ. Sci., 4, 3243, (2011). 

  3. Goodenough, J. B.; Park, K. S. "The Li-Ion Rechargeable Battery: a Perspective" J. Am. Chem. Soc., 135 (4), 1167, (2013). 

  4. Y. M. Jung, W. W. Cho, "Technology Trend and Future Prospect of Li-Ion Battery (in Korean)" J. Am. Ceram. Soc, 13 [5] 7-14 (2010). 

  5. J. H. Lee, H. Y. Sun, H. S. Kim, S. W. Um, "Development Trend of Rechargeable Battery for Electric Vehicle (in Korean)" J. Am. Ceram. Soc, 13 [5] 15-28 (2010). 

  6. H. D. Yoo, E. M., Gregory Salitra, Daniel Sharon and Doron Aurbach. "On the Challenge of Developing Advanced Technologies for Electrochemical Energy Storage and Conversion" Mater. Today, 17 (3), 110 (2014). 

  7. Ozawa, K. "Lithium-Ion Rechargeable Batteries with $LiCoO_2$ and Carbon Electrodes: the $LiCoO_2$ /C System" Solid State Ion, 69, 212, (1994) 

  8. RuiWang, X. L., Lei Liu, Jinhyuk Lee, Dong-Hwa Seo, Shou-Hang Bo, Alexander Urban, Gerbrand Ceder. A Disordered Rock-Salt Li-Excess Cathode Material with High Capacity and Substantial Oxygen Redox Activity: $Li_{1.25}Nb_{0.25}Mn_{0.5}O_2$ . Electrochem. Commun. 60, 70, (2015) 

  9. R. Hausbrand, G. C., H. Ehrenberg, M. Groting, K. Albe, C. Hess, W. Jaegermann. "Fundamental Degradation Mechanisms of Layered Oxide Li-Ion Battery Cathode Materials: Methodology, Insights and Novel Approaches" Mater. Sci. Eng. B, 192, 3 (2015). 

  10. Yabuuchi, N. Takeuchi, M. Nakayama, M. Shiiba, H. Ogawa, M. Nakayama, K. Ohta, T. Endo, D. Ozaki, T. Inamasu, T.et al. "High-Capacity Electrode Materials for Rechargeable Lithium Batteries: $Li_3NbO_4$ -Based System with Cation-Disordered Rocksalt Structure" Proc. Natl. Acad. Sci. U S. A, 25, 112, 7650, (2015). 

  11. S. S. Kim, W. W. Choi, S. M. Lee, "Research and Development Trend of Li-Ion Battery Anode Active Materials(in Korean)" J. Am. Ceram. Soc, 13 [5] 39-44 (2010). 

  12. Yadong Liu, Q. L., Le Xin, Yuzi Liu, Fan Yang, Eric A. Stach and Jian Xie. "Making Li-Metal Electrodes Rechargeable by Controlling the Dendrite Growth Direction" Nat. Energy, 2, 17083, (2017). 

  13. Charles de las Casas, W. L. "A Review of Application of Carbon Nanotubes for Lithium Ion Battery Anode Material" J. Power Sources, 208, 74, (2012). 

  14. Sole, C. Drewett, N. E. Hardwick, L. J. "In Situ Raman Study of Lithium-Ion Intercalation into Microcrystalline Graphite" Faraday Discuss, 172, 223, (2014). 

  15. Chan, C. K. Peng, H. Liu, G. McIlwrath, K. Zhang, X. F. Huggins, R. A. Cui, Y. "High-Performance Lithium Battery Anodes using Silicon Nanowires" Nat. Nanotechnol, 3 (1), 31, (2008) 

  16. See-How Ng, J. W., David Wexler, Konstantin Konstantinov, Zai-Ping Guo, and Hua-Kun Liu "Highly Reversible Lithium Storage in Spheroidal Carbon-Coated Silicon Nanocomposites as Anodes for Lithium-Ion Batteries" Angew. Chem, 118, 7050, (2006) 

  17. Dash, R. P., S. "Theoretical Limits of Energy Density in Silicon-Carbon Composite Anode Based Lithium Ion Batteries" Sci. Rep, 6, 27449, (2016). 

  18. A. S. Prakash, P. M., K. Ramesha, M. Sathiya, J-M. Tarascon and A. K. Shukla. "Solution-Combustion Synthesized Nanocrystalline $Li_4Ti_5O_{12}$ As High-Rate Performance Li-Ion Battery Anode" Chem. Mater, 22 (2857), (2010). 

  19. Zhao, L. Hu, Y. S. Li, H. Wang, Z. Chen, L "Porous $Li_4Ti_5O_{12}$ Coated with N-Doped Carbon from Ionic Liquids for Li-Ion Batteries" Adv. Mater, 23 (11), 1385, (2011). 

  20. Jung, H. G. Jang, M. W. Hassoun, J. Sun, Y. K. Scrosati, B. "A high-Rate Long-Life $Li_4Ti_5O_{12}/Li[Ni_{0.45}Co_{0.1}Mn_{1.45}]O_4$ Lithium-Ion Battery" Nat. Commun, 2, 516, (2011). 

  21. M. Uchida, Y.-C. Park, K. Kakinuma, H. Yano, D. A. Tryk, T. kamino, H, Uchida, and M. Watanabe, "Effect of the State of Distribution of Supported Pt Nanoparticles on Effective Pt Utilization in Polymer Electrolyte Fuel Cells," Phys. Chem. Chem. Phys., 15 11236-11247 (2013). 

  22. A. Dhanda, H. Pitsch, and R. O'Hayre, "Diffusion Impedance Element Model for the Triple Phase Boundary," J. Electrochem. Soc., 158 [8] B877-884 (2011). 

  23. C. A. Reiser, L. Bregoli, T. W. Patterson, J. S. Yi, J. D. Yang, M. L. Perry, and T. D. Jarvi, "A Reverse-Current Decay Mechanism for Fuel Cells," Electrochem. Solid-State Lett., 8 [6] A273-A276(2005). 

  24. J. K. Norskov, J. Rossmeisl, A. Logadottir, L. Lindqvist, J. R. Kitchin, T. Bligaard, and H. Jonsson, "Origin of the Overpotential for Oxygen Reduction at a Fuel-Cell Cathode," J. Phys. Chem. B, 108 [46] 17886-17892 (2004). 

  25. V. R. Stamenkovic, B. S. Mun, M. Arenz, K. J. J. Mayrhofer, C. A. Lucas, G. Wang, P. N. Ross, and N. M. Markovic, "Trends in Electrocatalysis on Extended and Nanoscale Pt-Bimetallic Alloy Surfaces," Nat. mater., 6 241-247 (2007). 

  26. S. Guo, D. Li, H. Zhu, S. Zhang, N. M. Markovic, V. R. Stamenkovic, and S. Sun, "FePt and CoPt Nanowires as Efficient Catalysts for the Oxygen Reduction Reaction," Angew. Chem. Int. Ed., 52 3465-3468 (2013). 

  27. C. Cui, L. Gan, H.-H. Li, S.-H. Yu, M. Heggen, and P. Strasser, "Octahedral PtNi Nanoparticle Catalysts: Exceptional Oxygen Reduction Activity by Tuning the Alloy Particle Surface Composition," Nano Lett., 12, 5885-5889 (2012). 

  28. Y.-H. Cho, T.-Y. Jeon, S. J. Yoo, K.-S. Lee, M. Ahn, O.-H. Kim, Y.-H. Cho, J. W. Lim, N. Jung, W.-S. Yoon, H. Choe, and Y.-E. Sung, "Stability Characteristics of $Pt_1Ni_1$ /C as Cathode Catalysts in Membrane Electrode Assembly of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell," Electrochim. Acta, 59 264-269 (2012). 

  29. C. Wang, M. chi, D. Li, D. Strmcnik, D. V. Vliet, G. Wang, V. Komanichy, K.-C. Chang, A. P. Paulikas, D. Tripkovic, J. Pearson, K. L. More, N. M. Markovic, and V. R. Stamenkovic, "Design and Synthesis of Bimetallic Electrocatalyst with Multilayered Pt-Skin Surfaces," J. Am. Chem. Soc., 133, 14396-14403 (2011). 

  30. N. Jung, Y.-H. Chung, D. Y. Chung, K.-H. Choi, H.-Y. Park, J. Ryu, S.-Y. Lee, M. Kim, Y.-E. Sung, and S. J. Yoo, "Chemical Tuning of Electrochemical Properties of Pt-skin Surfaces for Highly Active Oxygen Reduction Reactions," Phys. Chem. Chem. Phys., 15, 17079-17083 (2013). 

  31. V. R. Stamenkovic, B. Fowler, B. S. Mun, G. Wang, P. N. Ross, C. A. Lucas, and N. M. Markovic, "Improved Oxygen Reduction Activity on $Pt_3Ni$ (111) via Increased Surface Site Availability," Science, 315 [5811], 493-497 (2007). 

  32. M. Oezaslanm M. Heggen, and P. Strasser, "Size-Dependent Morphology of Dealloyed Bimetallic Catalysts: Linking the Nano to the Macro Scale," J. Am. Chem. Soc., 134, 514-524 (2011). 

  33. F. Cheng, Y. Su, J. Liang, Z. Tao, and J. Chen, " $MnO_2$ -Based Nanostructures as Catalysts for Electrochemical Oxygen Reduction in Alkaline Media," Chem. Mater., 22, 898-905 (2010). 

  34. Y. Liang, Y. Li, H. Wang, J. Zhou, J. Wang, T. Regier, and H. Dai, " $Co_3O_4$ nanocrystals on graphene as a synergistic catalyst for oxygen reduction reaction," Nat. Mater., 10, 780-786, (2011). 

  35. R. Chenm H. Li, D. Chu, and G. Wang, "Unraveling Oxygen Reduction Reaction Mechanisms on Carbon-Supported Fe-Phthalocyanine and Co-Phthalocyanine Catalysts in Alkaline Solutions," J. Phys. Chem. C, 113, 20689-20697 (2009). 

  36. G. Wu, K. L. More, C. M. Johnston, and P. Zelenay, "High-Performance Electrocatalysts for Oxygen Reduction Derived from Polyaniline, Iron, and Cobalt," Science, 332 [6028], 443-447 (2011). 

  37. J. Y. Cheon, T.Y. Kim, Y. M. Choi, H. Y. Jeong, M. G. Kim, Y. J. Sa, J. S. Kim, Z. h. Lee, T. H. Yang, K. J. Kwon, O. Terasaki, G. G. Park, R. R. Adzic, and S. H. Joo, "Ordered Mesoporous Porphyrinic Carbons with very High Electrocatalytic Activity for the Oxygen Reduction Reaction," Sci. Rep., 3 2715 (2013). 

  38. M. Lefevre, E. Proietti, F. Jaouen, and J. P. Dodelet, "Iron-Based Catalysts with Improved Oxygen Reduction Activity in Polymer Electrolyte Fuel Cells," Science, 324 [5923] 71-74 (2009). 

  39. M. A. Garcia, and N. V. Rees, "Metal-Free Electrocatalysis : Quaternary-Doped Graphene and the Alkaline Oxygen Reduction Reaction," Appl. Catal. A Gen., 553 107-116 (2018). 

  40. J. Y. Cheon, J. H. Kim, J. H. Kim, K. C. Goddeti, J. Y. Park, and S. H. Joo, "Intrinsic Relationship between Enhanced Oxygen Reduction Reaction Activity and Nanoscale Work Function of Doped Carbons," J. Am. Chem. Soc., 136 8875-8878 (2014). 

  41. H. B. Yang, J. Miao, S. F. Hung, J. Chen, H. B. Tao, X. Wang, L. Zhang, R. Chen, J. Gao, H. M. Chen, L. Dai, and B. Liu, "Identification of Catalytic Sites for Oxygen Reduction and Oxygen Evolution in N-doped Graphene Materials: Development of Highly Efficient Metal-Free Bifunctional Electrocatalyst," Sci. Adv., 2 [4] 1-11 (2016). 

  42. X. Zhou, J. Qiao, L. Yang, and J. Zhang, "A Review of Graphene-Based Nanostructural Materials for Both Catalyst Supports and Metal-Free Catalysts in PEM Fuel Cell Oxygen Reduction Reactions," Adv. Energy Mater., 4 1301523-1301547 (2014). 

  43. X. Li, H. Wang, J. T. Robinson, H. Sanchez, G. Diankov, and H. Dai, "Simultaneous Nitrogen Doping and Reduction of Graphene Oxide," J. Am. Chem. Soc., 131 15939-15944 (2009). 

  44. A. Hirsch, "Functionalization of Single-Walled Carbon Nanotubes," Angew. Chem. Int. Ed., 41 1853-1859 (2002). 

  45. S. C. Roy, A. W. Harding, A. E. Russell, and K. M. Thomas, "Spectroelectrochemical Study of the Role Played by Carbon Functionality in Fuel Cell Electrodes," J. Electrochem. Soc., 144 [7] 2323-2328 (1997). 

  46. N. Jung, S. M. Kim, D. H. Kang, D. Y. Chung, Y. S. Kang, Y.-H. Chung, Y, W. Choi, C. H. Pang, K.-Y. Suh, and Y.-E. Sung, "High Performance Hybrid Catalyst with Selectively Functionalized Carbon by Temperature-Directed Switchable Polymer," Chem. Mater., 25 1526-1532 (2013). 

  47. H.-S. Oh, and H. Kim, "Efficient Synthesis of Pt Nanoparticles Supported on Hydrophobic Graphitized Carbon Nanofibers for Electrocatalysts Using Noncovalent Functionalization," Adv. Funct. Mater., 21 3954-3960 (2011). 

  48. B. W. Yang, X. Wang, F. Yang, C. Yang, and X. Yang, "Carbon Nanotubes Decorated with Pt Nanocubes by a Noncovalent Functionalization Method and Their Role in Oxygen Reduction," Adv. Mater., 20 2579-2587 (2008). 

  49. S.-Y. Huang, P. Ganesan, S. K. Park, and B. N. Popov, "Development of a Titanium Dioxide- Supported Platinum Catalyst with Ultrahigh Stability for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Applications," J. Am. Chem. Soc., 131 13898-13899 (2009). 

  50. V. T. Ho, C.-J. Pan, J. Rick, W.-N. Su, and B.-J. Hwang, "Nanostructured $Ti_{0.7}Mo_{0.3}O_2$ Support Enhances Electron Transfer to Pt: High-Performance Catalyst for Oxygen Reduction Reaction," J. Am. Chem. Soc., 133, 11716-11724 (2011). 

  51. L. Chevallier, A. Bauer, S. Cavaliere, R. Hui, J. Roziere, and D. J. Jones, "Mesoporous Nanostructured Nb-Doped Titanium Dioxide Microsphere Catalyst Supports for PEM Fuel Cell Electrodes," ACS Appl. Mater. Interfaces, 4 1752-1759 (2012). 

  52. P. K. Mohanta, C. Gokler, A. O. Arenas, and L. Jorissen, "Sb doped $SnO_2$ as a Stable Cathode Catalyst support for Low Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell," Int. J. Hydrogen Energy, 42 27950-27961 (2017). 

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

GOLD

오픈액세스 학술지에 출판된 논문

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로