나노기술 및 정책 정보

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● Hirotomo Nishihara 교수(토호쿠대) 연구팀이 양(+)극에 사용되고 있는 탄소 재료의 고용량 및 긴 사이클 수명을 모두 실현하는 데 성공

● 고용량을 실현하기 위해 풍부한 세공 용적을 확보하고, 배터리를 가볍게 하기 위해 그래핀 적층을 배제했으며, 긴 사이클 수명을 얻기 위해 열화 사이트(edge)를 배제

● 본 설계를 위해 탄소 신소재 ‘그래핀 메소 스펀지(Graphene meso sponge, GMS)’의 자립 막을 사용했으며, 주형재가 되는 산화알루미늄(Al2O3) 나노 입자를 압축 성형하여 펠릿(pellet)을 만들고, 화학기상증착(CVD)으로 약 1개 층의 그래핀을 피복한 후, 산화알루미늄 나노 입자를 불화수소산 등을 이용하여 화학 에칭을 통해 제거하면 펠릿 형상의 다공성 카본을 획득

● 본 시료를 1800°C로 가열하면 배터리 열화 원인이 되는 그래핀의 가장자리(edge)가 지핑 반응(zipping reaction)*으로 인해 제거되어 열화 내구성이 매우 높은 GMS 자립 막이 형성

* 지핑 반응(zipping reaction) : 그래핀의 가장자리끼리 융합하여 더 큰 그래핀이 생성되는 반응

● 본 연구는 향후 음극과 전해액의 개량이 진행되어 GMS 양극을 이용한 리튬공기전지의 수명을 증가시킬 것으로 기대

Advanced Energy Materials (2023.11.10.), Hierarchically Porous and Minimally Stacked Graphene Cathodes for High-Performance Lithium-Oxygen Batteries