높은 유황 함량을 가지는 고용량 장수명 리튬 유황 배터리 양극 물질 개발

Abstract

현재 상용화되어있는 리튬 이온전지의 명확한 한계인 낮은 에너지밀도와 비용량 문제를 해결하기 위해 전세계적으로 많은 연구가 진행되고 있다. 차세대 이차 전지 중 가장 현실적이라고 평가받고 있는 리튬 – 유황 이차전지는 가격이 싸고 높은 에너지밀도 및 비용량을 가지고 있지만, 폴리설파이드 용해로 인한 수명 특성 감소와 전기적 부도체라는 근본적인 한계를 가지고있다. 따라서, 본 논문은 높은 유황 함량을 유지하며 전도도 문제와 폴리설파이드 용해를 해결하기 위한 한 가지 화학적 접근법을 소개한다. 이는 ‘친핵성 방향족 치환’합성법으로써 불소화된 공유 트라이아진 골격에 유황을 치환시켜 화학적으로 함침시키는 방법이다. 이 방법은 86wt%의 높은 유황 함량을 도달시킬 뿐 아니라 공유 트라이아진 골격 구조의 전도성 및 폴리설파이드 흡착력, 마지막으로 나노 사이즈의 기공 크기에서 기인하는 균일한 유황 분포를 보여준다. 이를 통해 전류 밀도 0.05C에서 $1138.2 mAh g^{-1}$의 비용량, 93.1%의 초기 쿨롱 효율, 300사이클 후 81.6%의 높은 용량 유지율을 달성하였다.