현재 상용화되어 있는 리튬이온전지에 사용하고 있는 비수계 유기 전해액은 가연성, 부식성, 고휘발성, 열적 불안정성 등의 단점 때문에 더욱 안전하고 장수명을 보이는 고체 전해질로 대체하는 연구가 진행되고 있으며, 이것은 전기자동차 및 에너지저장 시스템과 같은 중대형 이차전지에도 효율적으로 활용될 수 있다. 다양한 형태의 고체 전해질 중에서 현재 고분자매트릭스에 활성 무기 충진재가 포함되어 있는 복합 고체 전해질이 고이온전도도와 전극과의 탁월한 계면접촉을 이루는데 가장 유리한 것으로 알려졌다. 본 총설에서는 우선 고체 전해질의 종류와 연혁에 관해 간단히 소개하고, 고분자 및 무기 충진재 (불활성 및 활성)로 구성되는 고체 고분자 전해질 및 무기 고체 전해질의 기본적 물성 및 전기화학적 특성을 개괄한다. 또한 이 소재들의 형상을 기준으로 입자형 (0D), 섬유형 (1D), 평판형 (2D), 입체형 (3D)의 형식으로 구성된 복합고체 전해질과 이에 따른 전고체 전지의 전기화학적 특성을 논의한다. 특히 리튬금속 음전극을 사용하는 전고체 전지에 있어서 양전극-전해질 계면, 음전극-전해질 계면, 입자간 계면의 특성에 관해 소개하고, 마지막으로 현재까지 보고된 관련 총설들을 참조하여 복합 고체 전해질 기술의 현재 요구조건 및 미래 전망을 알아본다.
현재 상용화되어 있는 리튬이온전지에 사용하고 있는 비수계 유기 전해액은 가연성, 부식성, 고휘발성, 열적 불안정성 등의 단점 때문에 더욱 안전하고 장수명을 보이는 고체 전해질로 대체하는 연구가 진행되고 있으며, 이것은 전기자동차 및 에너지저장 시스템과 같은 중대형 이차전지에도 효율적으로 활용될 수 있다. 다양한 형태의 고체 전해질 중에서 현재 고분자 매트릭스에 활성 무기 충진재가 포함되어 있는 복합 고체 전해질이 고이온전도도와 전극과의 탁월한 계면접촉을 이루는데 가장 유리한 것으로 알려졌다. 본 총설에서는 우선 고체 전해질의 종류와 연혁에 관해 간단히 소개하고, 고분자 및 무기 충진재 (불활성 및 활성)로 구성되는 고체 고분자 전해질 및 무기 고체 전해질의 기본적 물성 및 전기화학적 특성을 개괄한다. 또한 이 소재들의 형상을 기준으로 입자형 (0D), 섬유형 (1D), 평판형 (2D), 입체형 (3D)의 형식으로 구성된 복합고체 전해질과 이에 따른 전고체 전지의 전기화학적 특성을 논의한다. 특히 리튬금속 음전극을 사용하는 전고체 전지에 있어서 양전극-전해질 계면, 음전극-전해질 계면, 입자간 계면의 특성에 관해 소개하고, 마지막으로 현재까지 보고된 관련 총설들을 참조하여 복합 고체 전해질 기술의 현재 요구조건 및 미래 전망을 알아본다.
Nonaqueous organic electrolyte solution in commercially available lithium-ion batteries, due to its flammability, corrosiveness, high volatility, and thermal instability, is demanding to be substituted by safer solid electrolyte with higher cycle stability, which will be utilized effectively in larg...
Nonaqueous organic electrolyte solution in commercially available lithium-ion batteries, due to its flammability, corrosiveness, high volatility, and thermal instability, is demanding to be substituted by safer solid electrolyte with higher cycle stability, which will be utilized effectively in large-scale power sources such as electric vehicles and energy storage system. Of various types of solid electrolytes, composite solid electrolytes with polymer matrix and active inorganic fillers are now most promising in achieving higher ionic conductivity and excellent interface contact. In this review, some kinds and brief history of solid electrolyte are at first introduced and consequent explanations of polymer solid electrolytes and inorganic solid electrolytes (including active and inactive fillers) are comprehensively carried out. Composite solid electrolytes including these polymer and inorganic materials are also described with their electrochemical properties in terms of filler shapes, such as particle (0D), fiber (1D), plane (2D), and solid body (3D). In particular, in all-solid-state lithium batteries using lithium metal anode, the interface characteristics are discussed in terms of cathode-electrolyte interface, anode-electrolyte interface, and interparticle interface. Finally, current requisites and future perspectives for the composite solid electrolytes are suggested by help of some decent reviews recently reported.
Nonaqueous organic electrolyte solution in commercially available lithium-ion batteries, due to its flammability, corrosiveness, high volatility, and thermal instability, is demanding to be substituted by safer solid electrolyte with higher cycle stability, which will be utilized effectively in large-scale power sources such as electric vehicles and energy storage system. Of various types of solid electrolytes, composite solid electrolytes with polymer matrix and active inorganic fillers are now most promising in achieving higher ionic conductivity and excellent interface contact. In this review, some kinds and brief history of solid electrolyte are at first introduced and consequent explanations of polymer solid electrolytes and inorganic solid electrolytes (including active and inactive fillers) are comprehensively carried out. Composite solid electrolytes including these polymer and inorganic materials are also described with their electrochemical properties in terms of filler shapes, such as particle (0D), fiber (1D), plane (2D), and solid body (3D). In particular, in all-solid-state lithium batteries using lithium metal anode, the interface characteristics are discussed in terms of cathode-electrolyte interface, anode-electrolyte interface, and interparticle interface. Finally, current requisites and future perspectives for the composite solid electrolytes are suggested by help of some decent reviews recently reported.
LIB에 고체 전해질을 사용할 때 사용할 수 있는 전극소재는 무엇이며 이것의 사용이 의미하는 바는 무엇인가?
Li/Li+)까지 확장할 수 있어서 고전압용 양전극 소재의 사용이 가능해진다. 또한 대용량을 갖는 전극소재 (예를 들어 음전극에 리튬금속, 양전 극에 유황 및 산소 등)를 사용할 수 있으므로 리튬유황전지, 리튬공기전지 등의 차세대 전지 시스템으로의 확장도 가능하다. 실제로 고용량의 리튬금속 음전 극을 사용하는 리튬금속전지는 중량 및 체적당 에너지밀도 측면에서 유리한 반면에 리튬유황전지와 리튬 공기전지는 체적당 에너지밀도 측면에서 불리하다.
LIB의 장점은?
오늘날 화석연료의 고갈과 지속가능한 에너지에 대한 요구 증대로 인해 저비용, 친환경, 고성능 에너지 변환 및 저장 소자, 특히 리튬이차전지에 관한 연구가 급속히 진행되어왔으며, 현재 상용화되어 있는 리튬이온전지 (lithium-ion battery; LIB)는 기존의 소형 전자기기는 물론 최근 전기자동차 (electric vehicle; EV) 및 에너지저장 시스템 (energy storage system; ESS)용 중대형 전력소자로 그 응용범위를 확대하고 있다. 이 LIB의 최대 장점은 고에너지밀도, 장수명, 고출력밀도 등의 우수한 전기화학적 특성을 가지고 있어 현대사회가 요구하는 에너지 수요를 어느 정도 만족하고 있기 때문이다. 그러나 현재까지 최신 LIB가 달성하고 있는 에너지밀도는~250 Wh kg-1 정도로 중대형 EV 및 ESS 등의 응용에 필요한 고에너지밀도 요구를 아직 만족하지 못하고 있다.
LIB에 사용하는 유기 전해액은 어떤 문제를 가지고 있는가?
그러나 현재까지 최신 LIB가 달성하고 있는 에너지밀도는~250 Wh kg-1 정도로 중대형 EV 및 ESS 등의 응용에 필요한 고에너지밀도 요구를 아직 만족하지 못하고 있다. 또한 기존 LIB에 사용되는 유기 전해액은 가연성, 부식성, 열적 불안정성, 고전압 불안정성 등에 의해 심각한 안전성 문제를 초래함에 따라 그 응용이 크게 제한받고 있다. 따라서 리튬이온전지의 전해액 대신에 고체 전해질을 사용하면 기본적으로 안전성 염려를 해소할 수 있으며, 전기화학적 안정성 창도 5 V (vs.
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