초록 ▼

본 연구에서는 우수한 cyclability와 저온 특성을 갖는 고용량의 리튬이온전지용 graphene framework/SnO2 composite 음극 소재의 가능성을 확인하고자 하였다. 본 연구에서 활용한 framework이란 기존의 simple composite에 의한 graphene nanosheet과 달리 graphene layer간 인위적인 화학결합 또는 규제된 구조조절을 통하여 형성된 graphene network로서, 화학결합 성질에 따라 nanopore의 크기 및 mechanical strain 대항 완충효과 등을 효

본 연구에서는 우수한 cyclability와 저온 특성을 갖는 고용량의 리튬이온전지용 graphene framework/SnO2 composite 음극 소재의 가능성을 확인하고자 하였다. 본 연구에서 활용한 framework이란 기존의 simple composite에 의한 graphene nanosheet과 달리 graphene layer간 인위적인 화학결합 또는 규제된 구조조절을 통하여 형성된 graphene network로서, 화학결합 성질에 따라 nanopore의 크기 및 mechanical strain 대항 완충효과 등을 효과적으로 제어할 수 있으며, graphene layer간 restacking을 억제하는 기능을 수행할 수 있을 뿐 아니라, SnO2-free pore 부피를 최적화함으로써 음극 용량을 극대화할 수 있는 등 기존 graphene/SnO2 composite과 구별된다.

이를 위하여 본 연구에서는 먼저 graphene oxide (GO) 의 oxygen functional group을 이용하여 framework을 제조한 후, SnO2 nanoparticle 없이 framework 자체의 Li storage 능력과 전기화학특성의 파악할 것이다. 즉 ① SnO2/graphite oxide (GTO) composites: GTO를 template로 사용한 경우와 GO를 template로 사용한 경우에 loading되는 SnO2의 양이 56% 로 거의 동일함을 확인함으로써, GTO를 GO로 mechanical exfoliation 하는 과정이 없이도 동일한 composite을 얻을 수 있음을 확인하였다. 또한, ② graphite 의 음극 특성을 향상시키고자 DBT를 additive로 사용한 시스템을 조사하여 전지의 안정성 향상 연구를 수행하였고, ③ sugar hard cabon/mutiwalled carbon nanotube(SHC/MWNT) 음극소재에서 MWNT 첨가로 인한 효과를 확인하였으며, ④ conversion type 음극인 CoO를 음이온성 graphene인 GO와 양이온성 graphene인 GN 사이에 sandwich 시킴으로써 우수한 음극 특성을 갖는 LIB용 전극을 개발하였다. 이외에도 ⑤ 최근 들어 차세대 전지로 연구되고 있는 magnesium ion batteries 적용을 위한 첫 단계로 Mg 의 corrosion 억제에 대한 연구를 동시에 수행하였고, ⑥ sodium 이차전지 음극 적용을 위하여 graphene과 disodium terephthalate와의 homogeneous 분산을 통하여 기존의 도전재 혼입 보다 훨씬 우수한 음극 특성을 확인하였다.

본 연구에서 graphene 기반 구조적 특성과 전기화학적 성질 간의 최적화를 기한 연구 결과들은
①“Tin dioxide nanoparticles impregnated in graphite oxide for improved lithium storage and cyclability in secondary ion batteries” Electrochimica Acta, 113 (2013) 149.
② “Enhanced Electrochemical Stability of Graphite Anodes via Adsorption of Reductively Polymerizable Dibromothiophene in Lithium Ion Batteries” Journal of the Electrochemical Society, 161 (2014) A896.
③ “Hard Carbon and Carbon Nanotube Composites for the Improvement of Low-Voltage Performance in Na Ion Batteries” Journal of the Electrochemical Society, 161 (2014) A1045.
④ “Ca-doped NaxCoO2 for improved cyclability in sodium ion batteries” Journal of Power Sources“ 277 (2015) 9.
⑤ “Perfluorinated polysiloxane hybridized with graphene oxide for corrosion inhibition of AZ31 magnesium alloy” Corrosion Science, 109 (2016) 238.
⑥ “Reduced graphene oxide/disodium terephthalate composites via ultrasonic-assisted co-precipitation for sodium ion battery anodes” Electrocimica Acta, under review.
에 출판되었거나 또는 리뷰 중에 있다. 따라서 본 연구에서는 비록 기초연구를 수행하였지만, 주제의 특성상 산업화 적용 시 고용량 LIB 개발에 바로 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
(출처: 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 10