고성능 리튬 이온 배터리를 위한 Ta 도핑 Nb2O5 음극의 향상된 전기화학적 특성 = Enhanced electrochemical properties of Ta-doped Nb2O5 anode for high-performance lithium-ion batteries|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

가속화된 산업화로 인해 온실가스 문제가 직접적으로 드러나는 문제들로 인해 심각성이 주목되어 기존 재생 에너지에 대한 연구와 지속적인 에너지 공급을 위한 ESS의 에너지 저장 장치의 연구 필요성이 증가하게 되었다. 다양한 에너지 저장 장치 중 리튬 이온 배터리는 높은 에너지 밀도와 장기적인 사이클 성능을 가져 다양한 분야에 상용화가 이루어지고 있다. 2034년 이후 내연기관 차 생산을 금지한 정책이 도입되며 인해 전기차에 적용되는 리튬 이온 배터리의 안전성 및 불편한 점이 주목되었다. 기존 리튬이온배터리에 적용되는 흑연은 느린 이온 확산으로 인해 충전 속도 불편함이 있으며 느린 이온 확산은 고전류에서 Li plating이 발생하게 된다. 이에 안전하면서 빠른 충전이 가능한 음극활물질로 Nb2O5가 주목되며 소재의 한계점인 전기 전도도 개선을 위한 소재 연구가 증가하였다. 본 연구에서는 고성능 리튬이온배터리에 적합한 음극활물질을 위해 Ta 이온을 도핑하여 Nb2O5의 한계를 개선하였으며 전기화학적 성능을 향상시킬 수 있도록 하였다. 도핑 결과 oxygen vacancies 형성으로 인해 전기 전도도의 본질적 문제를 개선하였으며 이는 용량 증진과 전기화학적 활성 성능을 올릴 수 있었다. 또한 우수한 리튬 이온의 확산으로 인해 커패시터와 비슷한 성질임을 입증하였다. 최적화된 도핑 농도에서 80% 이상의 안정적인 사이클 성능을 위해 N-doped carbon coating을 진행하였다. Dopamine hydrochloride 함량을 조절하여 적절한 carbon coating 두께 조절을 하였으며 3nm에서 가장 최적화된 두께임을 입증하였다. 이는 500사이클 이후에도 안정적인 격자와 입자를 유지함을 확인하였으며 Nb2O5의 전극 물질 응용 가능성을 제시할 수 있다.

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가속화된 산업화로 인해 온실가스 문제가 직접적으로 드러나는 문제들로 인해 심각성이 주목되어 기존 재생 에너지에 대한 연구와 지속적인 에너지 공급을 위한 ESS의 에너지 저장 장치의 ...

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