리튬-황 배터리의 새로운 비탄소 음극소재 개발

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리튬-황 배터리의 새로운 비탄소 음극소재 개발
제안자
자문교원 유종성, 김성균
연도 2019
타입 A형 과제
코스 프란시스 크릭
매칭여부
참여학생수
소개동영상 http://commons.dgist.ac.kr/em/5bf4e19a453c3

제안 배경

과제 목표

리튬-황 전지 (Li-Sulfur battery) 는 황의 고용량 축전능력, 저가, 친환경적 요인 등 으로 Li 기반 차세대 전지로 평가 받고 있다. 그런데 음극소재로 이용될 황은 전지전도성이 없어서 대개 보통 전도성이 우수하고, 표면적이 넓은 다공성 탄소를 황의 host를 이용한다. 즉 탄소의 다공 구조체에 황을 담지 하여 전기화학 충방전 동안에 황이 다공 구조체 내에서 분포하며 유실이 되지 않도록 유도한다. 한편, 황은 전해질에 녹으면저 다양한 형태의 Li-ploysulfides S2Lx (1< x < 8)를 형성하며, 전해질에 녹아 확산되면서 손실이 발생하여 황 활용률이 감소하고, 사이클안정성이 나빠지게 된다, 더욱이 탄소를 황의 host로 이용하게 되면, 극성의 Li-ploysulfides 가 비극성의 탄소 구조체 내에서 안정하게 유지되지 못해서 더 황의 확산 및 손실이 일어나서 효율적인 전지를 구성하지 못한다. 이러한 단점을 극복하기 위해 최근 전도성은 좀 낮지만 구조가 극성이어서 Li-ploysulfides를 세공에 잘 가두어 두어 황의 효율 및 전지 안정성을 향상시킬 수 있는 비탄소 음극소재 개발 경쟁이 치열하다. 본 UGRP 연구 목표는 이러한 비탄소 극성의 다공성 호스트로 산화물, 황화물, 인화물 등의 새로운 극성 다공 구조체를 합성하여, 향상된 LI-S 전지를 구성하고자 한다.

과제 내용

가. 리튬-황 전지의 황 호스트 선정 및 합성

1) 금속 산화물: SiO2, TiO2 
2) 금속 황화합물: WS2, MoS
3) 금속 인화합물: WP2
4) 합성법: Sol-gel 수열합성, 및 주형법 기반 합성법

나. 물리화학 특성 분석

1) XRD, SEM/TEM, BET 분석 : 결정구조 및 미세 형태 및 표면, 세공  특성 분석
2) EDX, XPS 분석: 원소 성분분석 및 산화상태 분석
3) UV-VIs, IR, Raman 분석: 비탄소 호스트 물질과 Li-ploysulfides 상호작용분석 

다. 리튬-황전지의 셀 제작 및 활성 분석

1)  단전지 코인셀 제작 
2)  전기화학적 사이클 및 속도 안정성 평가
3)  임피던스 및 저항 분석 및 탄소 호스트와의 활성 비교 분석

참고자료

희망학생