| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2019년 가을 (10/30 ~ 11/01, 삼척 쏠비치 호텔&리조트) |
| 권호 | 25권 2호 |
| 발표분야 | C. 에너지 재료 분과 |
| 제목 | Hierarchically-designed core/shell-type prussian blue analogues-based cathodes for aqueous rechargeable batteries |
| 초록 | 현재의 리튬이온전지는 지속적으로 증가하는 리튬 및 전해질의 가격, 유기 전해질과의 반응으로 인한 가연성 등으로 인해 대규모 에너지 저장 장치에 적용하기에는 다수의 한계가 따른다. 이에 따라 비 폭발성/발화성을 기반으로 하여 높은 이온 전도도, 낮은 유지비용 및 높은 왕복 효율을 확보할 수 있는 수용액 기반의 수계 이차전지에 대한 연구가 활발히 수행 중이다. 최근, 프러시안 블루계(PBA) 금속-유기구조체는 이상적인 결정 구조 및 전기화학적 특성으로 인해 수계 이차전지용 전극 소재로 각광받고 있다. 하지만, 충/방전 과정이 진행됨에 따라 PBA 구조 내의 전이 금속이 전해질로 용출되어 비용량이 감소하는 문제점이 있으며, 이를 해결하기 위해 CNT, rGO와 같은 탄소계 물질이나 전도성 고분자를 PBA 표면에 코팅을 하여 수명 특성을 향상시키는 연구가 진행되어 있다. 하지만, 이러한 방법은 표면보호층 물질이 에너지 저장에 기여를 하지 못함으로 인한 비용량의 감소, 고비용, 공정의 어려움, 안정성이 부족하다는 단점을 가진다. 따라서 본 연구에서는 2 단계 공침법을 통해 고용량의 V/Fe PBA core와 고수명의 Cu/Fe PBA shell을 가지는 core@shell 구조의 양극 소재를 합성하여 비용량 감소를 최소함과 동시에 수명 특성을 향상키고자 하였다. 또한 shell 도입에 따른 초기 비용량과 용량 유지율의 변화 양상을 확인하기 위해 shell 물질 합성 시 Cu 전구체의 농도를 조절함으로서 shell의 두께를 제어하였다. 낮은 shell 두께 (core:shell=5:2) 범위에서는 shell 두께 증가로 인한 초기 비용량의 감소가 거의 관찰되지 않았으며 용량 유지율이 소폭 증가한 것을 확인할 수 있었으며, 그 이상의 농도에서는 shell 두께 증가로 인한 초기 비용량이 소폭 감소하였으나, 용량 유지율의 경우 200 사이클 기준 98 % 이상의 높은 수명특성을 확보할 수 있음을 확인하였다. Core@shell 형태의 PBA전극 소재는 core와 shell 물질 사이의 유사한 격자 상수 및 공간군으로 인한 높은 계면 안정성, shell 소재의 전기화학적 활성 및 화학적 안정성을 바탕으로 core내 전이금속의 용출을 효율적으로 억제할 수 있었고, shell의 두께 제어를 통해 초기 비용량의 감소를 최소화 하면서 수명특성을 획기적으로 높일 수 있음을 확인하였다. |
| 저자 | 최태욱1, 백경은2, 이승걸1, 이지훈2 |
| 소속 | 1부산대, 2재료(연) |
| 키워드 | Prussian blue analogues; core-shell structure; aqueous rechargeable batteries |
