| 초록 |
1. 서론 리튬-황 전지는 현재 상용화되어 쓰이는 리튬이온전지의 고용량 대체재로서 각광받으며 활발한 연구가 진행되고 있는 차세대 전지시스템이다. 리튬-황 전지의 양극재인 황은 석유정제의 부산물로서 매우 값싸게 얻을 수 있으며, 기존 메탈 옥사이드 계열의 양극물질보다 이론 용량이 약 5배 이상 높아(1,675 mAh/g), 저비용 고용량 에너지 소재로서 높은 잠재적 가치를 지닌다. 이러한 장점에도 불구하고 리튬-황 전지의 상용화를 위해서는 리튬-황 전지시스템 자체가 지니는 몇 가지 한계점을 극복하는 기술개발이 필수적이다. 첫 번째로, 황 및 황의 방전 생성물인 리튬 설파이드(Li2S)가 부도체이기 때문에 전도성을 확보하기 위해 카본 등 다양한 도전재와 복합화를 해주어야 한다는 번거로움이 있다. 두 번째로는 황이 리튬 설파이드로 방전할 때 약 80%의 부피 팽창이 일어나고 충전 시 다시 80%의 부피 수축이 반복되면서 전극 구조가 붕괴되기 쉽다는 점을 들 수 있다. 이에 더해 가장 중요한 문제점 중 하나는 리튬-황 전지의 전기화학적 메커니즘으로부터 기인한다. 다음 그림 1을 살펴보면 황이 방전되는 과정에서의 상변화 및 전압 변화를 나타내고 있다. 황은 방전 시 전자와 리튬 이온을 받아 다음과 같은 연속적인 환원반응(Li2S8 ? Li2S6 ? Li2S4 ? Li2S2 ? Li2S)을 통해 전기에너지가 생성된다. 이 과정에서 생성되는 중간체들(Li2Sn)을 리튬 폴리설파이드라고 부르는데, 이들 중간체들이 전해질로 용출되어 유실되는 “셔틀 효과(shuttle effect)”에 의해 전지 성능이 크게 저해된다. 이러한 세 가지 주된 문제점을 해결하기 위하여 리튬-황 전지의 각 요소들에 대한 방대한 연구들이 진행되고 있으며, 본 리포트에서는 특히 양극 극판을 제조할 때 활용하는 고분자 바인더 소재와 관련된 연구들을 소개하도록 하겠다. ** 원문은 파일 다운받기를 해주세요 :-) |
