나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 푸젠(福建) 물질구조 연구소 산하 연구팀이 최근 금속 나노 입자의 촉매 효과를 이용하고, 이온 중합체로 코팅한 산화 그래핀을 전구물질로 사용하고, 이온 교환과 고온 배소(焙燒) 기술을 이용하여 코발트(cobalt)와 질소가 균일하게 도핑 된 다공성 탄소 나노 시트 복합재료를 개발하는데 성공함.

리튬 이온 배터리는 국민들의 일상생활 속에서 폭 넓게 응용되고 있지만 사회 발전이 더욱 신속해짐에 따라 전통적인 리튬이온 배터리는 점점 더 증가되고 있는 에너지 저장에 대한 사용자들의 수요를 충족시키지 못하고 있는 상황임. 리튬 황 배터리(Li-S)는 높은 이론적 비교 용량(specific capacity)과 에너지 밀도를 보유하고 있고, 황의 낮은 원가와 친환경 등 우세로 인해 응용 전망이 제일 밝은 고 용량 저장 시스템을 갖는다고 평가받고 있으나, 고체 황화물의 절연성, 용해 가능한 장쇄(long-chain) 다황화물의 왕복 효과 및 충전 및 방전 기간 황의 체적 변화 등 문제점을 가짐.연구팀이 개발한 코발트(cobalt)와 질소가 균일하게 도핑 된 다공성 탄소 나노 시트 복합재료로 수정한 분리 막은 물리/화학 역할을 통해 다화화물이 분리 막으로 왕복하는 상황을 효과적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라 전기 촉매제 역할을 발휘할 수 있기 때문에 차단된 다황화물의 촉매 전환을 더욱 효과적으로 추진할 수 있는 것으로 나타났음. 촉매 효과를 발휘하는 수정된 분리 막을 사용할 경우 높은 유황을 차단(10.5 mg·cm^-2)하는 자체 지원 전극은 0.1 C의 조건 하에서 높은 방전 표면 용량(12.5 mA h·cm^-2)과 체적 비교 용량(1136 mA h·cm^-3)을 보유하고 있는 것으로 나타났음. 연구팀이 개발한 코발트(cobalt)와 질소가 균일하게 도핑 된 다공성 탄소 나노 시트 복합재료의 전기화학 성능은 현재 보도된 대부분의 탄소 기반 양극 재료보다 우수하며, 리튬 황 배터리의 유황 적재량, 체적 용량과 표면 용량의 동시 향상을 실현할 수 있는 것으로 나타났음.

이번 코발트(cobalt)와 질소가 균일하게 도핑 된 다공성 탄소 나노 시트 복합재료의 개발은 고 에너지 밀도의 리튬 황 배터리 디자인 및 상용화를 실현할 수 있을 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Advanced Energy Materials 등에 공개됨