나노기술 및 정책 정보

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최근 중국 수저우(蘇州, 소주) 대학교 에너지대학, 수저우(蘇州, 소주) 대학교-베이징(北京, 북경) 그래핀 연구원 협동 혁신 센터 쑨징위(孫靖宇) 교수 연구팀은 고성능 유황 숙주(宿主)를 목표로 하는 카본 클로스(Carbon cloth, CC) 상에서 결함이 있는 디셀렌화 바나듐(VSe2)-수직 그래핀(VG) 이종구조를 화학기상증착(CVD)법으로 제조하였음.

연구팀은 전기화학 역할을 이용하여 VSe2를 유도하고, Se 빈자리에서 VS2 유황화를 실현하여 LiPS의 흡착과 변환을 촉진시켰음.

VSe2-VG@CC/S 전극은 5.0C일 때 우수한 사이클 안정성을 보이며, 800회 사이클 후의 용량 감소 비율은 0.039%에 불과하고, 유황 로드량(9.6mg cm2)에서 4.9mAh cm2에 달하는 높은 면적 용량을 가짐. 연구팀은 이론 시뮬레이션과 현장 표면 특성 분석 결과를 결합하여 Se 빈자리가 전기 촉매 진화와 Lips 조절에 중요한 역할을 함.

리튬황 배터리는 에너지 밀도가 높고, 원가가 낮으며, 환경 친화적인 특징을 가지고 있기 때문에 오늘날 새로운 에너지 저장 시스템으로 평가 받고 있음. 그러나 황의 전도성은 한계가 있어 충전 및 방전 과정에서의 "셔틀 효과"와 부피 팽창은 실제 응용에 심각한 장애가 되고 있음. 중간물(中間物)인 폴리황화리튬(LiPS)이 유발시키는 "셔틀 효과"는 여전히 난제에 속함.

이런 난제를 해결하기 위해 연구팀은 황 양극, 리튬 음극, 개질 분리막/적층과 전해질 디자인 관련 연구를 실행하였음. 리튬황 배터리의 황 캐리어 디자인은 성능을 향상시키는 데 매우 중요함. 전이금속 황화합물(TMD)은 이머징 2차원 층상(層狀) 소재로서 리튬황 배터리 분야에서 효과적인 황 캐리어로 널리 연구되고 있음.

TMD는 좋은 LiPS 화학 흡착 및 전기 촉매 변환 능력을 가지고 있음을 인식하지만, TMD 아키텍처의 폴리 황화물 관리 관련 결함 엔지니어링 및 진화에 대한 아이디어를 제시하였음.

본 연구 성과는 ‘ACS Nano’ ("Defective VSe2-Graphene Heterostructures Enabling In Situ Electrocatalyst Evolution for LithiumSulfur Batteries") 지에 게재됨.