Investigation of electrochemical properties and structural changes in positive electrode materials for sodium-ion batteries

Abstract

화석연료를 대체할 에너지원의 연구가 활발한 가운데, 지속적으로 충전과 방전이 가능한 이차전지는 대표적인 친환경 녹색 기술로 꼽히고 있다. 여러 종류의 이차전지 중 리튬 이온 전지는 높은 에너지 밀도와 장수명 특성으로 현재 대부분의 휴대용 전자기기 주요 전력 공급원으로 사용되고 있다. 현재 리튬 이온 전지는 기존의 모바일 기기 시장을 넘어 전기 자동차 및 대용량 에너지 저장 장치 등 중대형 응용군으로까지 그 영역을 확장해 가고 있다. 그러나 이처럼 리튬 이온 전지의 수요가 급증하면서 향후 리튬 자원의 한정성 및 지역 편재성으로 인한 가격 급등이 우려됨에 따라, 급속히 늘어날 것으로 예측되는 중대형 이차전지 시장을 대비하기 위해 가격 및 자원의 풍부함에 이점이 있는 나트륨을 이용한 이차전지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 나트륨 이온 전지의 주요 성능 (용량, 에너지 밀도, 수명 특성 및 율속 특성)은 대부분 전극 재료의 특성에 기인하므로, 나트륨 이온 전지의 개발을 위해서는 적합한 신규 전극 소재 개발이 필수적으로 요구된다. 특히, 나트륨은 리튬과 동일한 알칼리 족 금속으로 화학적으로 유사한 성질을 가지지만 이온 반경이 리튬 이온에 비해 40 % 정도 더 큼으로 인해 나트륨 화합물의 결정구조가 달라지고, 나트륨 이온의 삽입/탈리에 따른 전기화학적 특성 또한 달라질 수 있다. 본 학위 논문에서는 3 종류의 나트륨 이온 전지용 양극 재료를 합성하여 각각의 전기화학적 특성을 확인하고, 전기화학적 나트륨 이온의 삽입/탈리에 따른 구조 변화에 관해 연구하였다...