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박지민 학생(지도교수: 윤영수 교수), 리튬금속전지용 과포화 전극의 중요성 규명
2024.09.10 Views 373
리튬금속전지용 과포화 전극의 중요성 규명
높은 활성 리튬 흡착 용량과 빠른 표면 확산 동역학을 특징으로 하는 리튬금속음극용 고성능 전극을
'과포화 전극 (Supersaturated electrode)'으로 새롭게 정의(定義)하였고 과포화 전극에 기초한 고성능 리튬금속음극을 개발
높은 활성 리튬 흡착 용량과 빠른 표면 확산 동역학을 특징으로 하는 리튬금속음극용 고성능 전극을
'과포화 전극 (Supersaturated electrode)'으로 새롭게 정의(定義)하였고 과포화 전극에 기초한 고성능 리튬금속음극을 개발
왼쪽부터 KU-KIST융합대학원 박지민 석/박사 통합과정, 윤영수 교수
급성장하는 전기 자동차 시장에서 리튬이온전지의 에너지 밀도를 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 핵심 과제는 결정 구조 내에 전하를 저장하는 전통적인 삽입 기반 활성 전극 재료의 용량 한계를 뛰어넘기 위한 새로운 활물질을 개발하는 것입니다. 호스트 없는 리튬금속음극은 낮은 산화·환원 전위와 함께 높은 이론 용량(~3,860mA h g-1, ~2,060mA h cm-3)으로 인해 차세대 음극 활물질로 주목받고 있습니다. 그러나 리튬금속음극은 낮은 쿨롱 효율, 지속적인 전해질 고갈, 상당한 부피 팽창, 심각한 표면 열화 및 안전 위험과 같은 심각한 문제점을 가지고 있습니다. 이러한 문제는 주로 불균일한 리튬 증착 및 수지상 금속 성장에 의해 발생하고 이를 해결하기 위한 다양한 연구 전략이 추진되었으며, 특히 주목할 만한 해결책으로 리튬 친화성 전극이 도입되었습니다.
윤영수 교수 연구팀의 박지민 학생은 리튬 친화성 전극으로 알려진 결함이 있는 탄소 전극 표면에서 리튬의 핵생성 및 성장 메커니즘을 보다 심층적으로 이해하고자 하였고 과포화 전극의 특성인 높은 활성 리튬 흡착 및 빠른 표면 확산 거동이 균일한 리튬 증착에 중요한 영향을 미치는 현상을 관측하였습니다. 결함이 있는 탄소 전극에서의 메커니즘을 이해하기 위해 결함이 없는 상업적인 흑연 나노시트와 형태가 유사하고 결함이 있는 탄소 나노시트를 합성하여 연구를 진행하였습니다. 심층적인 전기화학적 비교 연구를 통해 전극 표면의 활성 리튬 농도 차이가 리튬 핵생성 및 성장 메커니즘의 동역학 및 열역학적 측면에 상당한 영향을 미칠 수 있음을 확인했습니다. 해당 연구 결과를 통해 활성 리튬 농도가 높은 전극을 리튬금속음극용 ‘과포화 전극’으로 정의하였으며, 과포화 전극을 이용하여 고성능 리튬금속음극을 설계할 수 있음을 규명하였습니다.
본 연구내용은 KU-KIST융합대학원의 박지민 석/박사통합과정 학생(지도교수: 윤영수)이 주도적으로 실험을 진행하였으며, KU-KIST융합대학원 하손 학생, KU-KIST융합대학원김도현 학생, 인천대학교 김병훈 교수 연구팀, 강원대학교 임형규 교수 연구팀과 인하대학교 진형준 교수 연구팀의 도움을 받아 진행되었다.
박지민 학생의 이번 연구는 지난 08월 11일 Angewandte Chemie International Edition (IF: 16.1)에 “The Impact of Supersaturated Electrode on Heterogeneous Lithium Nucleation and Growth Dynamics”의 제목으로 온라인 게재되었다.
윤영수 교수 연구팀의 박지민 학생은 리튬 친화성 전극으로 알려진 결함이 있는 탄소 전극 표면에서 리튬의 핵생성 및 성장 메커니즘을 보다 심층적으로 이해하고자 하였고 과포화 전극의 특성인 높은 활성 리튬 흡착 및 빠른 표면 확산 거동이 균일한 리튬 증착에 중요한 영향을 미치는 현상을 관측하였습니다. 결함이 있는 탄소 전극에서의 메커니즘을 이해하기 위해 결함이 없는 상업적인 흑연 나노시트와 형태가 유사하고 결함이 있는 탄소 나노시트를 합성하여 연구를 진행하였습니다. 심층적인 전기화학적 비교 연구를 통해 전극 표면의 활성 리튬 농도 차이가 리튬 핵생성 및 성장 메커니즘의 동역학 및 열역학적 측면에 상당한 영향을 미칠 수 있음을 확인했습니다. 해당 연구 결과를 통해 활성 리튬 농도가 높은 전극을 리튬금속음극용 ‘과포화 전극’으로 정의하였으며, 과포화 전극을 이용하여 고성능 리튬금속음극을 설계할 수 있음을 규명하였습니다.
본 연구내용은 KU-KIST융합대학원의 박지민 석/박사통합과정 학생(지도교수: 윤영수)이 주도적으로 실험을 진행하였으며, KU-KIST융합대학원 하손 학생, KU-KIST융합대학원김도현 학생, 인천대학교 김병훈 교수 연구팀, 강원대학교 임형규 교수 연구팀과 인하대학교 진형준 교수 연구팀의 도움을 받아 진행되었다.
박지민 학생의 이번 연구는 지난 08월 11일 Angewandte Chemie International Edition (IF: 16.1)에 “The Impact of Supersaturated Electrode on Heterogeneous Lithium Nucleation and Growth Dynamics”의 제목으로 온라인 게재되었다.
그림 1. 과포화도 전극에서의 높은 활성 리튬 흡착 및 빠른 표면 확산 동역학을 통한 리튬 증착 거동을 나타내는 이미지
