[논문]다공성 구형 탄소를 이용한 리튬/유황 전지의 수명개선 및 전기화학특성 연구

허성규; 임수아

doi:10.5229/jkes.2021.24.3.42

다공성 구형 탄소를 이용한 리튬/유황 전지의 수명개선 및 전기화학특성 연구
Study of Improvement Life and Electrochemical Characteristics for Lithium/sulfur Battery using Porous Carbon Sphere 원문보기

전기화학회지 = Journal of the Korean Electrochemical Society, v.24 no.3, 2021년, pp.42 - 51

허성규 (비츠로셀 신뢰성 시험 팀) , 임수아 (호서 대학교 제약 공학과)

초록
AI-Helper

리튬/유황 전지 반응에서 리튬-폴리설파이드(Lithium polysulfide)는 사이클이 반복될수록 전해액에 해리되어 전지 수명을 저하시키는 큰 원인으로 작용한다. 액체 상태인 리튬-폴리설파이드가 전해액에 용해되지 않도록 유황을 담지하고 리튬-폴리설파이드의 흡착을 유도, 추가로 전도도까지 높일 수 있는 비표면적이 큰 다공성 탄소를 모색했다. 본 논문에서는 비표면적이 큰 다공성 탄소 구체를 얻기 위해 추가로 KOH 처리를 통해 1939 m²/g의 탄소 구체를 2200 m²/g으로 높였다. 또한, 유황과의 열처리를 통해 75wt%의 유황이 함유된 탄소 유황 화합물을 만들어 양극재료 사용가능성에 대한 물질 분석을 진행했다. Reference (622; 유황: 60%, 도전재: 20%, 바인더: 20%) 파우치 셀과 75 wt%의 탄소 유황 화합물을 이용하여 만든 파우치 셀의 전기화학적 특성 분석을 진행하였다. 이는 50 사이클 기준으로 Reference 대비 20%의 수명 증가와 10%의율 특성 향상을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Dissociation into Lithium-polysulfide electrolyte due to repeated cycles during the Lithium/Sulfur battery reaction is a major problem of reduced battery lifespan. We searched for a porous carbon with a large specific surface area that infiltrated S to prevent liquid Lithium-polysulfide from being dissolved in electrolyte, induce adsorption of Lithium-polysulfide, and further increase conductivity. In order to obtain porous carbon spheres with a large specific surface area, the carbon spheres of 1939 m2/g were raised to 2200 m2/g through additional KOH treatment. In addition, through heat treatment with S, a carbon sulfur compound containing 75 wt% of S was fabricate and material analysis was conducted on the possibility of using the cathode material. The electrochemical characteristics of the Reference (622; sulfur: 60%, conductive material: 20%, binder: 20%) pouch cell and the pouch cell made using 75wt% of carbon sulfur compound were analyzed. 75wt% of carbon sulfur pouch cell showed a 20% increase in lifespan and 10% improvement in C-rate compared to the Reference pouch cell after 50 cycles.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 2. pouch cell
그림 Fig. 1. Sulfur electrode manufacturing process
그림 Fig. 3. Analysis of SEM a) (CS) X 20,000, b) (CS) X 50,000, c) (CS-KOH) X20,000, d) (CS-KOH) X50,000 with KOH, e) CS with KOH+(CS-KOH-S)X1,5000 with S, f) EDS mapping of (e) (yellow ; sulfur).
그림 Fig. 4. N₂ Adsorption-desorption isotherms
그림 Fig. 5. Pore size distribution curve
그림 Fig. 6. XRD pattern
표 Table 1. 비표면적과 세공볼륨
그림 Fig. 7. TGA Curve
그림 Fig. 8. Life characteristic curve (▲) and charge/discharge line (▼)
그림 Fig. 9. Rate characteristic curve
그림 Fig. 10. Charge/discharge curve by rate
그림 Fig. 11. Reference (622) CV Curve
그림 Fig. 12. CS-KOH-S CV Curve

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