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Jun 26, 2023

나트륨

부산대학교, 부산, 한국 리튬 이온 배터리는 높은

부산대학교, 부산, 한국

리튬이온 배터리는 에너지 밀도가 높고 수명이 길기 때문에 전기자동차는 물론 휴대용 전자기기에 꼭 필요한 배터리입니다. 그러나 리튬의 높은 비용과 제한된 공급으로 인해 대체 에너지 저장 시스템의 개발이 필요합니다. 이를 위해 연구자들은 나트륨이온전지(SIB)를 가능한 후보로 제시했다.

나트륨은 리튬과 유사한 물리화학적 특성을 갖고 있을 뿐만 아니라 지속 가능하고 비용 효율적입니다. 그러나 그 이온은 확산 속도가 느리고 크기가 커서 상용화된 흑연 양극의 탄소 미세 구조 내에서의 수용을 방해합니다. 결과적으로, SIB 양극은 구조적 불안정성과 열악한 저장 성능으로 어려움을 겪습니다. 이런 점에서 헤테로원자를 도핑한 탄소질 재료가 유망성을 보이고 있다. 그러나 준비 과정이 복잡하고, 비용이 많이 들고, 시간이 많이 걸립니다.

부산대학교 이승걸 교수팀이 이끄는 연구팀은 퀴나크리돈을 전구체로 사용하여 탄소질 SIB 양극을 제조했습니다. "퀴나크리돈과 같은 유기안료는 다양한 구조와 작용기를 가지고 있습니다. 이에 따라 서로 다른 열분해 거동과 미세구조가 나타납니다. 에너지 저장재료의 전구체로 사용될 경우, 열분해된 퀴나크리돈은 이차전지의 성능을 크게 변화시킬 수 있습니다. 따라서 유기안료 전구체 구조를 제어함으로써 고효율 전지 구현이 가능하다”고 말했다.

연구진은 연구에서 2,9-디메틸퀴나크리돈(2,9-DMQA)에 중점을 두었습니다. 2,9-DMQA는 병렬 분자 패킹 구성을 가지고 있습니다. 600°C에서 열분해(열분해) 시, 2,9-DMQA는 붉은색에서 검은색으로 바뀌었고 61의 높은 숯 수율이 수행되었습니다. 다음으로 연구진은 기본 열분해 메커니즘을 설명하기 위해 포괄적인 실험 분석을 수행했습니다.

그들은 메틸 치환기의 분해가 450°C에서 자유 라디칼을 생성하고, 이는 평행 충전 방향을 따라 결합 가교로 인해 세로 방향으로 성장한 미세 구조를 갖는 다환 방향족 탄화수소를 형성한다고 제안했습니다. 또한, 2,9-DMQA의 질소 및 산소 함유 작용기는 가스를 방출하여 미세 구조에 무질서한 도메인을 생성합니다. 대조적으로, 열분해된 비치환 퀴나크리돈은 고도로 응집된 구조를 발달시켰다. 이는 형태학적 발달이 전구체의 결정 방향에 의해 크게 영향을 받는다는 것을 의미합니다.

또한, 600°C에서 열분해된 2,9-DMQA는 SIB로서 높은 속도 성능(0.05 A/g에서 290 mAh/g)과 우수한 사이클 안정성(1000 사이클 동안 5 A/g에서 134 mAh/g)을 나타냈습니다. 양극. 질소 및 산소 함유 그룹은 표면 구속 및 층간 거리 증가를 통해 배터리 저장을 더욱 향상시켰습니다.

이 교수는 “퀴나크리돈 등 유기안료는 나트륨이온전지의 양극재로 활용될 수 있다”며 “효율이 높아 대규모 에너지 저장장치 대량생산에 효과적인 전략을 제시할 것”이라고 말했다.

자세한 내용은 이승걸 교수에게 문의하세요. 이 이메일 주소는 스팸봇으로부터 보호됩니다. 보려면 JavaScript를 활성화해야 합니다.

이 기사는 Battery & Electrification Technology Magazine 2023년 3월호에 처음 게재되었습니다.

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