| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2021년 가을 (11/24 ~ 11/26, 경주 라한호텔) |
| 권호 | 27권 2호 |
| 발표분야 | C. 에너지 재료 분과 |
| 제목 | 리튬-공기 배터리의 음극 표면에 대한 화학적 안정성 향상을 위한 신규 액상 촉매제 합성 및 특성 분석 |
| 초록 | 최근 확장되는 전기차 시장의 추세에 따라 리튬 이온 배터리를 대체하기 위한 차세대 에너지 저장 시스템 연구가 활발해지고 있다. 또한 기존 시스템의 음극 활물질을 리튬 금속으로 대체하여 고 에너지 밀도를 구현하고자 하는 노력들이 지속되고 있다. 그 중 리튬-공기 배터리는 리튬 이온 배터리의 10배에 달하는 이론적 용량을 지녔으며, 공기 중 산소를 활물질로 활용하여 많은 에너지를 저장하므로 에너지 밀도가 높다. 그러나 리튬-공기 배터리가 방전될 때 화학적으로 안정한 Li2O2가 방전생성물로 생성되어 충전 시 Li2O2를 분해하기 위해 높은 과전압이 필요하다. 이는 장기간 충/방전 시 전해질의 분해 및 사이클 성능 저하를 야기하므로 과전압을 낮추기 위한 촉매제 도입이 불가피하다. 금속 산화물, 페로브스카이트, 탄소나노튜브 등과 같은 고체 촉매는 양극재 표면에 부착되어 방전생성물과의 접촉이 제한적이다. 반면, 액상 촉매제인 산화-환원 매개체(Redox mediator, RM)은 전해질에 용해되어 분자의 이동이 자유로우므로 방전생성물과 접촉이 용이하다. 그러나 RM의 유동성에 의해 충전 시 음극으로 이동하여 리튬 금속과 부반응을 일으키고, 충/방전 사이클이 반복됨에 따라 촉매 효과가 감소한다. 본 연구에서는 RM 분자의 리튬 음극 표면에서의 안정성 확보를 위해 전기화학적/화학적으로 안정한 이온성 액체 (Ionic liquid, IL)를 작용기로서 적용하여 신규 RM을 합성하였다. 리튬 대칭셀 테스트와 테스트 후 리튬 표면 분석을 통해 리튬 금속에 대한 신규 RM의 화학적 안정성을 확인하였다. 뿐만 아니라 신규 RM 물질을 적용한 리튬-공기 배터리의 방전 용량 및 사이클 성능 또한 향상되었다. |
| 저자 | 윤여원, 신서윤, 신무환 |
| 소속 | 연세대 |
| 키워드 | <P>리튬-공기 배터리; 이온성 액체; 산화-환원 매개체</P> |
