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문준혁

소속기관 서강대학교 화공생명공학과

선정연도 2020년

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Janus(야누스) 구조: 고출력 리튬-황 전지 구현을 위한 새로운 양극재

리튬-황 전지는 리튬-이온전지보다 5배 이상 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있어 차세대 리튬 이차전지로 주목받고 있다. 그러나 리튬-황 전지는 충방전 반응에서 낮은 전기전도도의 리튬폴리설파이드가 전극 표면을 덮어 전자전달을 억제하여, 결과적으로 전지 반응의 효율을 악화시킨다. 미시적 관점에서 표면 및 용액을 매개로 하는 반응에 의한 리튬폴리설파이드의 형성은 전해질 뿐만 아니라 전극 표면의 다양한 물성에 의존하는 복잡성을 갖고 있다. 

 

본 연구에서는 야누스 구조를 이용한 전극을 제안한다. 야누스 구조는 하나의 재료에 두가지 기능의 표면을 갖고 있는 복합소재이다. 무엇보다 야누스 구조에서는 표면 선택적으로 리튬폴리설파이드 형성 반응을 유도할 수 있어 반복적인 충방전에도 전자전달의 percolation을 유지할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 이종의 표면에서 리튬폴리설파이드의 형성을 관찰하여, 미시적 관점에서의 반응 메커니즘을 규명할 수 있을 것으로 기대된다. 야누스 구조는 리튬-황 전지 뿐만 아니라 다양한 차세대 리튬 전지의 새로운 플랫폼 전극 소재가 될 것으로 기대된다. 

 

 

 

리튬-황 전지는 리튬-이온전지보다 5배 이상 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있어 차세대 리튬 이차전지로 주목받고 있다. 그러나 리튬-황 전지는 충방전 반응에서 낮은 전기전도도의 리튬폴리설파이드가 전극 표면을 덮어 전자전달을 억제하여, 결과적으로 전지 반응의 효율을 악화시킨다. 미시적 관점에서 표면 및 용액을 매개로 하는 반응에 의한 리튬폴리설파이드의 형성은 전해질 뿐만 아니라 전극 표면의 다양한 물성에 의존하는 복잡성을 갖고 있다.    본 연구에서는 야누스 구조를 이용한 전극을 제안한다. 야누스 구조는 하나의 재료에 두가지 기능의 표면을 갖고 있는 복합소재이다. 무엇보다 야누스 구조에서는 표면 선택적으로 리튬폴리설파이드 형성 반응을 유도할 수 있어 반복적인 충방전에도 전자전달의 percolation을 유지할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 이종의 표면에서 리튬폴리설파

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