연구의 목적 및 내용 분산형 발전 시스템을 통해 발생된 에너지를 저장할 수 있는 리튬이차전지용 고용량 SnO2 음극 소재의 Nano 합성법 개발; ● 합성 Morphology : Nanowire, Nanotube, Nanofiber 등 ● 각 Nano-structure에 따른 Li 이온에 대한 전기화학적 활성 비교하여 최적의 Nano-strucure 제시 ● 방전 용량 600 mAh/g 이상 연구결과 SnO2 Nanomaterials(Nanowire, Nanot
연구의 목적 및 내용 분산형 발전 시스템을 통해 발생된 에너지를 저장할 수 있는 리튬이차전지용 고용량 SnO2 음극 소재의 Nano 합성법 개발; ● 합성 Morphology : Nanowire, Nanotube, Nanofiber 등 ● 각 Nano-structure에 따른 Li 이온에 대한 전기화학적 활성 비교하여 최적의 Nano-strucure 제시 ● 방전 용량 600 mAh/g 이상 연구결과 SnO2 Nanomaterials(Nanowire, Nanotube, Nanofiber, Nanopowder)의 합성법 개발 ● SnO, Sn을 precursor로 사용한 catalyst-free thermal evaporation process를 통해 single crystalline SnO2 nanowire 합성 ● SnCl2·2H2O를 precursor로 사용한 sol-gel process를 통해 SnO2 nanopowder 합성 ● SnCl2·2H2O를 precursor로 사용한 templated sol-gel process를 통해 SnO2 nanotube 합성 ● XRD Rietveld 분석을 포함한 구조 분석 결과 SnO2 nanowire가 가장 적은 pore volume과 가장 우수한 electronic conductivity 나타냄 최적의 방법을 통해 합성된 SnO2 Nanomaterials(Nanowire, Nanotube, Nanofiber, Nanopowder)의 충방전 특성에 그 morphology가 미치는 영향 조사 ● SnO2에서 aspect ratio의 변화에 따른 Li과의 반응 기구의 변화는 없음 ● 여타 구조 인자에 비해 1D 구조가 SnO2의 음극 특성에 미치는 영향이 가장 큰 것으로 판단됨 ● 1D 구조를 가지는 SnO2 nanotube, nanowire 중에서는 defect volume이 적고, electronic conductivity가 우수한 SnO2 nanowire가 더 우수한 음극 특성 나타냄 SnO2 Nanomaterials에 대한 후처리의 영향 조사 ● SnO2 nanomaterials의 구조 변화를 유발하지 않기 위해 저온 공정이 가능한 malic acid의 열분해를 carbon coating 방법으로 선정 ● XRD Rietveld 분석 결과 carbon coating 전후 SnO2의 bulk 구조의 변화는 없으며, 표면에서 C-O, C=O bonding이 형성되면서 carbon coating이 균일하게 이루어짐 ● SnO2 nanopowder, nanowire 상에 모두 균일한 carbon coating이 이루어졌으며, electronic conductivity 향상 등의 요인으로 음극 특성 향상됨 연구결과의 활용계획 본 연구에서는 제안된 바와 같이 1D nanostructure가 산화물의 물리적 특성(전기전도도 등) 향상에 크게 기여한다는 사실이 증명되었으며, 특히 향후 휴대용 고용량 이차전지는 물론 분산형 에너지 발전 시스템(풍력, 태양열 발전 등)에서 얻어진 에너지를 저장하는 이차 전지에도 채택이 될 수 있는 유력한 전극 재료인 SnO2의 음극 특성을 향상시키는데 있어서 1D nanostructure가 하나의 중요한 요인이 될 수 있음이 증명되었다. 또한 1D 구조는 이종 물질과의 contact에 있어서도 particle type에 비해 유용한 점이 있기 때문에 해당 기술이 SnO2, TiO2 등의 반도성 산화물 소재에 적용될 수 있다면 이차 전지 뿐 아니라 염료 감응형 태양전지, gas sensor 기술에도 큰 파급효과를 나타낼 것으로 기대된다. 또한 본 연구에서 제안된 malic acid의 열분해를 통한 저온 carbon coating 공정은 MRI 조형체, 이차전지 전극 소재 등 nanostructure의 bulk 특성 변화 없이 균일한 carbon coating이 필요한 모든 곳이 응용될 수 있을 것으로 사료된다.
Abstract▼
Purpose & contents Development of synthetic methods of SnO2 nanomaterials for high capacity anode material in Li ion secondary battery; ● Target Morphology : Nanowire, Nanotube, Nanofiber, Nanopowder, etc. ● The elucidation on the dependence of electrochemical performance on the
Purpose & contents Development of synthetic methods of SnO2 nanomaterials for high capacity anode material in Li ion secondary battery; ● Target Morphology : Nanowire, Nanotube, Nanofiber, Nanopowder, etc. ● The elucidation on the dependence of electrochemical performance on the nano-structure ● Discharge capacity > 600 mAh/g Result Development of synthetic methods of SnO2 nanomaterials(Nanowire, Nanotube, Nanofiber, Nanopowder) ● Preparation of single crystalline SnO2 nanowire through catalyst-free thermal evaporation process ● Preparation of SnO2 nanopowder or SnO2 nanotube through sol-gel process or templated sol-gel process ● Structural analysis including X-ray Rietveld refinement indicates that SnO2 nanowire has the lowest pore volume and the best electronic conductivity. Investigation on the effect of morphological modification on the charge/discharge properties of SnO2 nanomaterials ● Aspect ratio in SnO2 is not correlated with its reaction process with Li. ● One-dimensional structure positively contributes to the anodic performance of SnO2. ● SnO2 nanowire shows better cycleability than SnO2 nanotube due to its good electronic conductivity and low defect concentration. Investigation on the effect of other treatments on SnO2 nanomaterials ● Thermal decomposition of malic acid at low temperature was chosen as a carbon coating method to exclude the structural change of SnO2 nanomaterials. ● Carbon coating made a positive effect on SnO2 nanopowders or nanowires in terms of electrochemical performance. Expected Contribution SnO2 can be adopted as the anode material of Li ion secondary battery for portable electronic devices as well as energy storage equipment of distributed power. Even if the electrochemical performance of SnO2is superior to those of other Sn based materials, its particle size around micro-scale or meso-scale has the apparent limitation. In this work, we proved the positive of 1D nanostructure on the electrochemical and physical properties of SnO2 even though the change in aspect ratio doesn't alter its reaction mechanism with Li. So, the obtained result herein can contribute to future work for applying metal oxide nanomaterials to solar cells, gas sensor and lithium batteries. Finally, low-temperature carbon coating using malic acid can comprehensively solve some important issues related to nanomaterials.
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