• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제60권2호
• /
• pp.184-192
• /
• 2022

수열합성을 통해 합성한 다공성 NiO는 리튬 폴리설파이드의 용출을 억제하기 위하여 리튬-황 전지의 전극에 사용되었다. 리튬-황 전지의 전극은 경제적이고 간단한 진공 여과 방법을 이용하여 집전체와 바인더가 없는 프리스탠딩 플렉서블 전극으로 제작되었다. 다공성 NiO를 첨가한 S/CNT/NiO 전극은 순수 S/CNT 전극에 비해 125 mA h g^-1 증가한 877 mA h g^-1 (0.2 C)의 초기 방전용량과 200 사이클 후 84% (S/CNT: 66%)의 우수한 용량 유지율을 나타내었다. 이는 방전 과정 중에서 NiO와 리튬 폴리설파이드의 강한 화학적 결합에 의하여 리튬 폴리설파이드의 전해질로 용출되는 것을 억제하여 나타난 결과이다. 또한 S/CNT/NiO 전극의 유연성 테스트를 위해 1.6 × 4 cm²의 파우치셀로 제작하여 폴딩한 상태와 하지 않은 상태에서 모두 620 mA h g^-1의 안정적인 사이클 특성을 나타내었다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제61권3호
• /
• pp.426-438
• /
• 2023

차세대 전지로 주목받는 리튬-황 전지는 높은 에너지 밀도를 갖는 반면, 황의 절연 특성, 셔틀 현상 그리고 부피팽창으로 인하여 상용화에 어려움이 있다. 본 연구에서는 경제적이고 간단한 진공여과 방법으로 바인더와 집전체가 없는 프리스탠딩 전극을 제조하였고 탄소나노튜브(CNT)를 황의 전기전도도 향상을 위하여 사용하였다. 여기서 CNT는 집전체와 도전재 역할을 동시에 수행하였다. 추가로 리튬폴리설파이드의 흡착에 용이한 금속산화물(MO_x, M=Ni, Mg)을 CNT/S 전극에 첨가함으로써 리튬-황 전지의 셔틀반응을 억제하였다. MO_x@CNT/S 전극은 금속산화물을 도입하지 않은 CNT/S 전극에 비해 높은 용량 특성과 사이클 안정성을 나타내었으며, 이는 금속산화물의 우수한 리튬폴리설파이드 흡착 특성으로 인하여 황 활물질의 손실을 억제한 결과이다. MO_x@CNT/S 전극 중에서 NiO를 도입한 NiO@CNT/S 전극은 1 C에서 780 mAh g^-1의 높은 방전용량을 나타내었고 200 사이클 후 134 mAh g^-1으로 극심한 용량 감소가 나타났다. MgO@CNT/S 전극은 비록 초기 사이클에 544 mAh g^-1의 낮은 방전용량을 나타냈지만, 200 사이클까지 용량을 90% 유지하는 우수한 사이클 안정성을 나타내었다. 고용량과 사이클 안정성 확보를 위하여 Ni:Mg를 0.7:0.3의 비율로 혼합한 Ni_0.7Mg_0.3O@CNT/S 전극은 755 mAh g^-1 (1 C)의 초기 방전용량과 200 사이클 후에도 90% 이상의 용량 유지율을 나타내었다. 따라서 이원 금속산화물의 CNT/S 프리스탠딩으로의 적용은 고용량 특성뿐만 아니라 가장 큰 문제인 리튬폴리설파이드의 용출을 효과적으로 개선하여 경제적이고 고성능 리튬-황 전지의 개발이 가능함을 시사한다.

• 한국재료학회지
• /
• 제32권5호
• /
• pp.270-279
• /
• 2022

In this study, N/S co-doped carbon felt (N/S-CF) was prepared and characterized as an electrode material for electric double-layer capacitors (EDLCs). A commercial carbon felt (CF) was immersed in an aqueous solution of thiourea and then thermally treated at 800 ℃ under an inert atmosphere. The prepared N/S-CF showed a large specific surface area with hierarchical pore structures. The electrochemical performance of the N/S-CF-based electrode was evaluated using both 3-electrode and 2-electrode systems. In the 3-electrode system, the N/S-CF-based electrode showed a good specific capacitance of 177 F/g at 1 A/g and a good rate capability of 41% at 20 A/g. In the 2-electrode system (symmetric capacitor), the freestanding N/S-CF-based electrode showed a specific capacitance of 275 mF/cm² at 2 mA/cm², a rate capability of 62.5 % at 100 mA/cm², a specific power density of ~ 25,000 mW/cm² at an energy density of 23.9 mWh/cm², and a cycling stability of ~ 100 % at 100 mA/cm² after 20,000 cycles. These results indicate the N/S co-doped carbon felts can be a promising candidate as a new electrode material in a symmetric capacitor.