Journal of the Korean Electrochemical Society (전기화학회지)

The Korean Electrochemical Society (한국전기화학회)
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Electrochemical Properties of PVdF Gel Polymer Electrolyte with Plasticizer for Lithium/sulfur Battery

리튬 유황 전지용 PVdF 겔 고분자 전해질의 가소제에 따른 전기화학적 특성 평가

  • Ryu, Ho-Suk (School of Nano Advanced materials Engineering, ERI, i-Cube Center, Gyeongsang National University) ;
  • Kim, Jong-Seon (School of Nano Advanced materials Engineering, ERI, i-Cube Center, Gyeongsang National University) ;
  • Kim, Dong-Ju (School of Nano Advanced materials Engineering, ERI, i-Cube Center, Gyeongsang National University) ;
  • Kim, Dong-Yeon (School of Nano Advanced materials Engineering, ERI, i-Cube Center, Gyeongsang National University) ;
  • Kim, Ic-Pyo (School of Nano Advanced materials Engineering, ERI, i-Cube Center, Gyeongsang National University) ;
  • Ahn, Hyo-Jun (School of Nano Advanced materials Engineering, ERI, i-Cube Center, Gyeongsang National University) ;
  • Kim, Ki-Won (School of Nano Advanced materials Engineering, ERI, i-Cube Center, Gyeongsang National University) ;
  • Ahn, Jou-Hyeon (Department of Chemical & Biological Engineering, Gyeongsang National University) ;
  • Lee, Gun-Hwan (Surface Technology Research Team, Korea Institute of Machinery & Materials)
  • 류호석 (경상대학교 공과대학 나노신소재 공학부, 공학연구원, 아이큐브사업단) ;
  • 김종선 (경상대학교 공과대학 나노신소재 공학부, 공학연구원, 아이큐브사업단) ;
  • 김동주 (경상대학교 공과대학 나노신소재 공학부, 공학연구원, 아이큐브사업단) ;
  • 김동연 (경상대학교 공과대학 나노신소재 공학부, 공학연구원, 아이큐브사업단) ;
  • 김익표 (경상대학교 공과대학 나노신소재 공학부, 공학연구원, 아이큐브사업단) ;
  • 안효준 (경상대학교 공과대학 나노신소재 공학부, 공학연구원, 아이큐브사업단) ;
  • 김기원 (경상대학교 공과대학 나노신소재 공학부, 공학연구원, 아이큐브사업단) ;
  • 안주현 (경상대학교 생명화학공학과) ;
  • 이건환 (한국기계연구원 표면기술연구팀)
  • Published : 2007.08.28
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Abstract

In order to find out proper PVdF gel polymer electrolyte for Li/S battery, we investigated PVdF gel polymer electrolytes with various glyme type plasticizer such as polyglyme, tetraglyme, triglyme. The organic solvents as triglyme, tetraglyme, polyglyme (Mn = 250, 500) has different chain length of ethylene oxide(EO) in solvent of glyme system. ionic conductivity decreased as increasing chain length of EO in plasticizers. Ionic conductivity of PVdF gel electrolyte with tetraglyme, triglyme, polyglyme (Mn = 250, 500) at room temperature was $5{\times}10^{-4},\;3{\times}10^{-4},\;6{\times}10^{-5},\;3{\times}10^{-5}\;S/cm$, respectively. Li/S cell with PVdF gel polymer electrolyte using tetraglyme plasticizer had low interfacial resistance and the highest initial discharge capacity of 1232 mAh/g of active sulfur, which was about 70% utilization of theoretical value.

리튬/유황 전지에 적합한 전해질을 조사하기 위하여, 여러 종류의 글라임(glyme)계 가소제를 넣은 폴리비닐리덴플로라이드(poly(vinylidene fluoride):PVdF) 겔 고분자 전해질을 제조하여 전기화학적 특성을 실험하였다. 가소제는 에틸렌옥사이드(ethylene oxide; EO) 구조를 가지는 glyme계 유기용매 중에서, EO의 체인 길이가 다른 트리글라임(triglyme), 테트라글라임(tetraglyme), 폴리글라임(polyglyme (Mn=250, 500))의 네 종류를 사용하였다. 가소제 내의 EO의 체인 길이가 길어질수록 PVdF 겔 고분자 전해질의 이온전도도는 감소하였다. PVdF 겔 고분자 전해질의 가소제로 triglyme을 사용한 경우의 이온전도도가 $5.38{\times}10^{-4}\;S/cm$로 가장 높았으며, polyglyme(Mn=500)를 사용한 경우에는 $2.80{\times}10^{-4}\;S/cm$으로 가장 낮았다. 그러나 계면저항은 tetraglyme을 사용한 경우에 가장 낮게 나타났으며, 이 전해질을 리튬/유황 전지에 적용하였을 때 1232 mAh/g-S(이론용량의 70%)의 높은 초기 방전 용량을 나타내었다.

Keywords

References

  1. R.D. Raub, K.M. Abraham, G.F. pearson, J.K Surprenant and S.B. Brummer, J. Electrochem. Soc. 126, 523 (1979) https://doi.org/10.1149/1.2129079
  2. H. Yamin and E. Peled, J. Power Sources 9, 281 (1983) https://doi.org/10.1016/0378-7753(83)87029-3
  3. H. Yamin, A. Gorenshtein, J. Penciner, Y. Stemberg and E. Peled J. Electrochem. Soc. 135, 1045 (1988) https://doi.org/10.1149/1.2095868
  4. E. Peled, Y. Stemberg, A. Gorenshtein and Y. Lavi, J. Electrochem. Soc. 136, 162 (1989)
  5. M. Y. Chu, US PATENT No. 5,523,179(1996)
  6. M. Watanabe, T. Endo, A. Nishimoto, K. Miura and M. Yanagida, J. Power Sources, 81/82, 786 (1999) https://doi.org/10.1016/S0378-7753(99)00250-5
  7. A. S. Best, A. Ferry, D. R. MacFarlane, and M. Forsyth, Solid State Ionics, 126, 269 (1999) https://doi.org/10.1016/S0167-2738(99)00239-8
  8. G. B. Appetecchi, F. Croce, and B. Scrosati, J. Power Sources, 66, 77 (1997) https://doi.org/10.1016/S0378-7753(96)02484-6
  9. K. M. Abraham and M. Alamgir, J. Electrochem. Soc., 137, 1657 (1990) https://doi.org/10.1149/1.2086749
  10. E. Tsuchida, H. Ohno, and K. Tsunemi, Electrochim. Acta, 28, 591(1983) https://doi.org/10.1016/0013-4686(83)85049-X
  11. D. W. Kim, Y. R. Kim, J. K. Park, and S. I. Moon, solid State Ionics, 106, 329 (1998) https://doi.org/10.1016/S0167-2738(97)00498-0
  12. J. M. Tarascon, A. S. Goztz, C. Schmutz, F. Shokoohi, and P. C. Warren, Solid State Ionics, 86, 49 (1996) https://doi.org/10.1016/0167-2738(96)00330-X
  13. M. Y. Chu, US PATENT No. 5,789,108(1998)
  14. J.H. Shin, S.S. Jung, K.W. Kim, and H.J. Ahn, J. Materials Science: materials in electronics, 12, 727 (2002)
  15. B. H. Jeon, J. H. Yeon, M. Kim, and I. J. Chung, J. Power Sources, 109, 89 (2002) https://doi.org/10.1016/S0378-7753(02)00050-2
  16. H. S. Ryu, H. J. Ahn, K. W. Kim, J. H. Ahn, and J. Y. Lee, J. Power Sources, 153, 360 (2006) https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2005.05.037
  17. J. L. Wang, J. Yang, C. R. Wan, K. Du, J. Y. Xie, and N. X. Xu, Adv. Funct. Mater., 13, 487 (2003) https://doi.org/10.1002/adfm.200304284
  18. H. S. Ryu, J. W. Choi, J. H. Ahn, G. B. Cho, and H. J. Ahn, Materials Science Forum, 510/511, 50 (2006)
  19. H. S. Ryu, H. J. Ahn, K. W. Kim, J. H. Ahn, J. Y. Lee, and E. J. Cairns, J. Power Sources, 140, 365 (2005) https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2004.08.039
  20. Z. Jiang, B. Carroll, and K. M. Abraham, Electrochim. Acta., 42, 2667 (1997) https://doi.org/10.1016/S0013-4686(97)00005-4
  21. Y.Saito, C. Capiglia, H. Kataoka, H. Yamamoto, H. Ishikawa, and P. Mustarelli, Solid State Ionics, 136/137, 1161 (2000) https://doi.org/10.1016/S0167-2738(00)00612-3
  22. P. Periasamy, K. Tatsumi, M. Shikano, T. Fujieda, Y Saito, T. Sakai, M. Mizuhata, A. Kajinami, and S. Deki, J. Power Sources, 88, 269 (2000) https://doi.org/10.1016/S0378-7753(99)00348-1
  23. K. K. Jung, J. U. Kim, J. H. Ahn, K. W. Kim, and H. J. Ahn, J. The Korean Electrochemical Society, 7(4) 183 (2004) https://doi.org/10.5229/JKES.2004.7.4.183
  24. J. W. Choi, J. K. Kim, G. Cheruvally, J. H. Ahn, H. J. Ahn and K. W. Kim, Electrochimica Acta, 52(5), 2075 (2007) https://doi.org/10.1016/j.electacta.2006.08.016