구조형 리튬/황전지를 위한 다공성 탄소 천을 적용한 황전극의 전기화학적 특성

[2025 카모페어]

리튬이온전지는 스마트 워치, 노트북 등에 적용되는 소형전지에서부터 전기자동차, 에너지저장장치 (ESS) 등 대형기기에 적용되는 전지로 점차 적용 범위가 증가하고 있다.[1] 그러나 리튬이온전지는 약 250 Wh kg-1의 낮은 실제 에너지밀도 값을 갖 는다. 이로 인해 전기자동차의 주행거리는 약 350km의 한계를 가지며, 더 높은 에 너지밀도를 나타내기 위한 차세대 전지의 연구가 진행되고 있다.[2] 구조형 전지는 차체의 지붕과 문의 일부를 전지로 대체함으로써 차체의 무게를 경량화하고, 더 많 은 양의 전지를 탑재해 에너지밀도를 높여 주행거리를 늘릴 수 있는 기술이다.[3] 이에 따라 구조형 전지는 구조를 유지하는 기능과 에너지 저장 장치의 역할을 동시 에 수용해야 하기 때문에, 높은 기계적 강도와 우수한 전기화학적 특성이 동시에 요구된다.[4] 이에 따라 높은 전기전도성과 가벼운 무게, 우수한 기계적 강도를 가지는 탄소천 복합체가 주로 구조형 전지의 집전체로 사용되었다.[5] 이러한 탄소천을 사용한 구 조전지의 이전연구들로는 대부분 리튬이온전지의 LFP (LiFePO4) 양극를 주로 사용 였으며, 탄소섬유의 표면에 활물질인 LFP와 도전재, 바인더를 혼합한 슬러리를 코 팅하여 분리막과 함께 적층하여 구조형 전지의 전극으로 사용되었다.[6,7] 하지만 활 물질이 탄소천의 표면에 코팅된 경우에는, 사이클 등 외부의 충격으로 인해 활물질 과 집전체인 탄소천의 섬유 간의 접착력이 낮아져 활물질이 박리될 수 있으며, 이 로 인하여 사이클 중 활물질 손실 및 용량 유지율과 쿨롱 효율이 감소할 수 있 다.[6] 현재까지 구조형 전지는 약 100 Wh/kg의 낮은 에너지밀도를 나타낸다

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