1. 서 론
1)
리튬이온 전지는 높은 무게비 및 부피비 용량, 에너지 밀도, 전력 밀도, 구동전압, 장기간의 충방 전 안정성, 비메모리 특성, 그리고 낮은 자가방전 등의 장점으로 인하여 현재 휴대전자기기, 전기자 동차, 대용량 전기저장 시스템 등의 분야에 효율 적인 에너지 저장 장치로 각광받고 있다[1-3]. 리 튬이온 전지를 구성하는 양극, 음극, 전해질, 분리 막, 패키징 소재 중 현재 상업적으로 가장 보편적 으로 이용되고 있는 음극 소재는 흑연(graphite)으 로서, 저렴한 단가, 높은 전기전도도, 충방전 안정 성이라는 장점을 갖고 있는 반면, 낮은 이론 용량
저자(E-mail: [email protected])
(372 mAh g-1) 및 율속 특성, 안전성 문제(리튬 플 레이팅에 의한 전극 단락) 등으로 인하여 차세대 고에너지 및 고출력 이차전지로의 활용에 한계점 을 가지고 있다[4-6]. 따라서 기존 흑연 소재가 갖 고 있는 이러한 문제점들을 극복하기 위하여 다양 한 종류의 새로운 음극 소재에 대한 연구가 가속 화되고 있다.
전이금속 칼코겐 화합물(transition metal dichal- cogenides, TMDC)은 주로 층상구조를 가지고 있 으며, 현재까지 트랜지스터, 발광다이오드, 광센 서, 광촉매 등의 다양한 응용에 대한 많은 연구가 이루어져 왔으며, 최근에는 이차전지 음극 소재로 서의 활용성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다 [7-9]. 이러한 TMDC 물질들은 하나의 전이금속 (M)이 두 개의 칼코겐 원소(X2)에 의해 샌드위치
층상구조 재료의 고체윤활작용을 이용한 고성능 리튬이온 전지 응용 연구동향
허 재 현† 가천대학교 화공생명공학과
Research Trend in Solid Lubricant Layered Materials for the High Performance Li-ion Batteries
Jaehyun Hur†
Department of Chemical and Biological Engineering, Gachon University, 1342 Seongnam-daero, Sujeong-gu, Seongnam, Gyeonggi 13120, Republic of Korea
Abstract: 최근 층상구조를 가진 전이금속 칼코겐 화합물이 새로운 고성능 리튬이온전지 음극소재로서 주목받고 있다.
층상구조 물질들의 고성능 전극 소재 활용에 있어 박리를 이용한 정확한 층의 개수 조절은 전기화학 반응성을 증가시 키고, 전극 필름 내에서의 균일한 거동을 위해서 매우 중요하다. 볼 밀링 공정은 이차전지 전극 소재 제조에 있어서 주로 물질의 분쇄나 고상 화학반응을 유도하여 합금 형태의 전극 소재 개발에 보편적으로 사용되는 공정이나, 층상구 조를 가진 전이금속 칼코겐 화합물에 적용하면 층상구조 물질에 고체윤활작용을 일으켜 박리가 촉진된다. 이러한 성 질을 이용하여 다양한 종류의 전이금속 칼코겐 화합물(예: MoS2, MoSe2, NbSe2)에 적절한 카본 매트릭스 물질과 복 합화를 통해 새로운 전극 소재를 합성하고, 이를 통해 고성능 리튬이온전지 음극 소재를 제조하는 연구 동향에 대해 보고하고자 한다.
Keywords: solid lubrication, high-energy ball milling, transition metal dichalcogenides, Li-ion batteries, anodes
구조로 구성되어 있으며, 이들이 구성하는 바잘 평 편(basal plane) 안에서의 강한 분자 간 결합(공유 결합)과 각 바잘 평면들 간의 상대적으로 약한 결 합(반데르발스 결합)의 결합 간 비대칭성으로 인 해 외부 자극에 의하여 바잘 평면의 박리가 쉽게 이루어질 수 있는 구조적 특징을 갖고 있다. 이 때 원자 한 층으로 박리된 물질을 2차원 물질(2D material)이라고 부르며, 이러한 2차원 물질은 특 이한 기계적, 광학적, 화학적, 전기적 성질을 보유 하고 있어 많은 분야에서 응용될 수 있다. 특히, 이차전지 분야에서는 TMDC 물질의 특별한 구조 적 성질을 이용하여 층간 간격을 넓혀 리튬 이온 의 확산을 용이하게 할 수 있고, 박리 정도에 따라 서 이차원 물질이나 소수의 층을 가진 TMDC 물 질(few-layer TMDC materials)을 제조하여 반응 표면적을 높일 수 있으며, 이를 통해 에너지 저장 용량과 율속 특성을 개선할 수 있다.
2. Few-Layer TMDC 물질 합성법
2.1. 상향식 방법(Bottom-up method) 2차원 또는 few-layer TMDC 물질에 대한 가장 대표적인 제조 방법은 반도체 및 디스플레이 등의 산업분야에서 이용되는 다양한 증착기술들로서 화 학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD), 스퍼터링-물리적기상증착법(physical vapor depo- sition, PVD), 원자층증착법(atomic layer deposition, ALD), 분자선에픽택시법(molecular beam epitaxy, MBE) 등이 있다[10,11]. 이러한 증착법은 진공환 경에서의 증착공정을 이용하기 때문에 공정비용 이 비교적 비싸고 대량합성이 어려운 반면, 합성 된 소재의 결정화도와 균일도가 높은 장점을 갖고 있다. 용액 공정을 이용하는 졸-겔 합성법(sol-gel process)는 TMDC 합성이 가능한 전구체(precursor) 를 물(hydrothermal)이나 유기용매(solvothermal)에 녹인 후, 높은 온도와 압력과 같은 반응 에너지를 공급하여 화학반응을 통해 합성하는 방법이다[12].
이 방법은 전구체 종류, 합성 조건(온도, 압력) 등 에 따라 다양한 합성 경로를 통해 원하는 물질 합
성을 가능하게 한다. 졸-겔 합성법은 진공 환경에 서의 합성법보다 합성방법이 비교적 단순하고, 공 정비용이 값싸며, 대량 생산이 유리한 장점이 있는 반면, 합성된 few-layer TMDC 물질의 결정화도가 상대적으로 낮고(높은 결함밀도), 합성된 물질의 균일성이 상대적으로 낮은 단점을 지니고 있다.
2.2. 하향식 합성법(Top-down method) 하향식 방법은 벌크상으로 존재하는 층상물질 을 물리적, 화학적, 기계적인 방법으로 박리시켜 2 차원 또는 few-layer TMDC를 제조하는 방법이다.
첫 번째 방법은 2010년 노벨물리학상 수상자인 안 드레 가임과 노보셀로프 교수가 적용했던 스카치 테이프를 이용한 방법으로서 스카치테이프를 여 러 번 붙였다 떼었다 하는 방식으로 다수의 박리 를 통해 원자 단일층 또는 소수층을 가진 2차원 소재를 만들어내는 방법이다[13]. 이러한 방법은 2004년부터 흑연에 대해서 적용하여 그래핀을 만 드는 방법으로 알려졌으나, 그 이후에는 TMDC와 같은 층상구조를 갖는 물질에 대하여 2차원 물질 을 얻을 수 있는 보편적인 방법으로 정립되었다.
그러나 이 방법은 대량생산이 어렵고, 공정을 체계 화하기 어렵다는 단점을 갖고 있다. 이보다 더 범 용적인 하향식 방법은 용액 상에서 층상구조 물질 을 기계적으로 박리시키는 방법으로서 주로 초음 파를 이용하여 콜로이드 서스펜션 형태로 분산하 여 얻는 방법이다. 이때 분산에 사용되는 용매와 분 산제(계면활성제)가 분산의 효율성을 결정하는 요 인이 되며, 적절하게 박리된 물질의 재결합을 방 지하는 기술 또한 매우 중요하다. 이러한 방법으 로 제조된 few-layer 층상구조 물질은 대량합성이 가능하며, 비교적 쉽고 저렴한 방법으로 제조가 가능하기 때문에 특히 전기화학적 전극 소재 제작 으로의 응용연구가 활발히 진행되고 있다[14,15].
2.3. 고에너지 볼 밀링 공정을 이용한 층상구 조 물질의 박리
볼 밀링 공정은 가장 고전적인 공정 중 하나로 서 기계적 강도가 매우 높은 산화지르코늄 볼을
이용하여 물질의 분쇄를 유도하고 크기를 매우 작 게 만드는 목적으로 사용된다. 이차전지 응용 측 면에서도 볼 밀링 장비는 활용성이 매우 높으며, 특히 합금 기반의 전극 소재 합성에 많이 이용되 고 있다[16]. 공정 중에 발생하는 높은 온도(200 ℃ 이상)와 압력(6 GPa 이상)은 서로 다른 금속 또는 비금속 소재의 합금화를 유도할 수 있고, 이를 통 해 많은 전극 소재들이 개발되어 왔다. 그런데 이 러한 볼 밀링 공정에 층상구조의 물질을 적용할 경우, 층상 구조 물질들은 분쇄에 의한 입자의 소 형화와 동시에 층간 박리를 일으킬 수 있는 특징 이 있다. 산업적으로 많이 이용되고 있는 MoS2, WS2, hBN, graphite의 경우 고체윤활제로서 기계 부품의 마모를 완화시키는 윤활유에 소량 첨가되 어 윤활성능을 높이는 기능을 한다. 이렇게 고체 윤활제로 사용되는 층상 물질들에 볼 밀링 공정을 적용할 경우, 분쇄 과정에서 층상 물질 내부에서 기계적 박리가 일어나게 되고, 이를 이용하여 밀 링 조건에 따라 층상 물질의 lateral size와 층의 개 수를 조절할 수 있고, 이를 이용하여 이차전지 전 극 소재 합성에 사용될 수 있다.
3. 층상구조 TMDC 재료기반 리튬이온전지 음극소재
3.1. MoS2 기반 음극소재
MoS2는 그래핀과 함께 2차원 물질로서 가장 연 구가 활발히 진행되고 있는 TMDC 물질 중 하나 로서, 층간 간격이 6.15 Å로서 이는 흑연의 층간 간격(3.4 Å)보다 약 1.8배 넓어 리튬이온의 확산에 용이한 장점을 갖고 있다. 이론 용량은 670 mAh g-1 으로서 Mo 원자 하나당 4개의 리튬이 반응할 수 있다. 그러나 낮은 전기전도도와 충방전 시 높은 부피팽창에 의해 성능이 쉽게 떨어지는 특성을 보 인다. 이를 극복하기 위하여 최근 MoS2에 전기전 도도가 높은 흑연을 혼합하여 만든 복합소재의 고 성능 리튬이온전지 음극소재가 보고되었다[17]. 이 연구에서는 MoS2와 C 사이의 20시간에 걸친 볼 밀링 공정에 의해 제조된 MoS2-C 복합물질을 이
*출처: Electrochim. Acta, 260, 129-138 (2018).
Figure 1. MoS2/graphite 복합소재 전기화학 성능. Graphite, CNT, C 세 가지 종류의 카본 매트릭스와 MoS2 사이의 볼 밀링 공정에 의해 제조된 복합소재 및 전기화학적 특성.
용하여 고성능 음극소재를 보고하였다(720 mAh g-1 after 200 cycles at 0.1 A g-1). 볼 밀링 공정을 이 용한 MoS2 복합음극소재 연구에 대해서 MoS2에 혼합되는 탄소기반 물질의 중요성에 대한 보다 심 층적인 연구가 추가로 보고되었다[5]. 그래파이트, 카본나노튜브, 그리고 카본블랙 세 가지 물질들에 대한 MoS2와의 혼합과 복합소재화에 따른 리튬이 온전지 음극소재 성능에 대한 연구결과, MoS2/gra- phite 복합소재일 때 가장 우수한 음극소재 특성을 보임이 확인되었다(Figure 1). 특히, DFT 계산을 통하여 MoS2/graphite 간의 결합에너지가 MoS2/ CNT 결합보다 높아 볼 밀링이 진행되는 동안 MoS2와 graphite의 박리가 촉진되고, 이와 함께 두 물질 간 혼합이 잘 이루어진다는 내용이 보고 되었다. 또한, 카본 매트릭스 종류에 기인한 MoS2
의 성능향상 이외에도 볼 밀링 시간, MoS2와 gra- phite 사이의 혼합비가 전기화학적 성능에 미치는 영향도 함께 보고되었다. 한편, MoS2 기반의 ter- nary composite에 대한 연구도 진행되었다. MoS2/ graphite/CNT 세 가지 물질을 볼 밀링 공정을 통하 여 혼합하였을 때, graphite 매트릭스(primary is- land) 위에 few-layer MoS2 (secondary island)가 배치되고 이러한 구조 사이를 종횡비가 크고 전기
전도도가 높은 CNT가 이어주는 구조의 복합소재 가 형성된다는 것이 보고되었다(Figure 2). 이러한 3차원 계층적 구조는 리튬이온의 반응 면적을 증 가시키고, MoS2 활물질 사이의 응집을 방지하며, 전기전도도를 비약적으로 향상시켜 리튬이온 전 지 성능향상에 적합하다. 또한, 이 연구에서는 포 스트 필름 어닐링(post-film annealing) 효과에 대 하여 고찰하였는데(여기서 post-film annealing은 합성된 파우더에 대한 열처리가 아닌 코팅된 슬러 리 필름에 대한 열처리를 의미함), 이러한 열처리 는 필름을 구성하는 활물질, 바인더, 전도성 카본 첨가제 사이의 열처리에 의해 각 구성요소들의 재 배치를 유도하고, 집전체와의 필름 사이의 접착력 을 향상시켜 리튬이온의 삽입/탈리 과정에서의 필 름의 안정성을 높인다. 그 결과 MoS2/graphite/CNT 복합소재로 높은 용량과 충방전 안정성을 구현하 였다(933 mAh g-1 at 0.5 A g-1 after 450 cycles).
3.2. MoSe2 기반 음극소재
MoSe2는 TMDC 중 하나로서 고체윤활제, 광촉 매, 트랜지스터, 센서, 수소 생산 등에 이용되어 왔
다. 이차전지 분야에 응용된 수열합성법에 의한 MoSe2 제조는 Lui 연구그룹에 의해 보고되었는 데, 전류 밀도 0.1 A g-1에서 500 싸이클 이후 576 mAh g-1의 용량을 보였다[18]. 한편, Zhang 그룹 은 계층적 MoSe2를 합성하여 고성능 음극소재를 구현하였으며(917 mAh g-1 after 100 cycles at 0.5 A g-1)[19], Shi 그룹은 mesoporous 실리카 템플레 이트를 이용하여 제조한 MoSe2로 높은 용량의 음 극소재를 보고하였다(630 mAh g-1 after 35 cycles at 0.05 C)[20]. 이와 같은 상향식 방법으로 제조된 MoSe2와 달리, 최근에는 볼 밀링 공정을 통한 고체 윤활작용을 이용한 few-layer MoSe2 제조가 보고 되었다[21]. 이 연구에서는 amorphous carbon, gra- phene, CNT를 MoSe2와 함께 볼 밀링 공정에 투입 하여 MoSe2 복합소재를 제조하였고, 이를 이용하 여 고성능 음극소재를 구현하였다(Figure 3). MoSe2/ CNT 복합소재의 경우 비표면적이 가장 높게 측정 되었으나, CNT가 MoSe2의 충방전 과정에서 발생 하는 응집을 효과적으로 방지하지 못하여 약 50 싸 이클 이후 무게비 용량이 급격히 감소하기 시작하 였다. 반면에 MoSe2/graphene 복합소재는 용량 감
*출처: J. Ind. Eng. Chem., 69, 116-126 (2019).
Figure 2. MoS2@Graphite-CNT ternary 복합소재 및 전기화학적 성능. 볼 밀링 공정에 의해 제조된 3차원 계층적 구조의
MoS2@graphite-CNT는 기존 binary 복합소재에 비해 전기전도도가 향상되고, 충방전 간 응집을 보다 효율적으로 제어할 수 있어 충방전 특성이 비약적으로 향상됨.
소 없이 200 싸이클까지 높은 충방전 안정성을 보 였는데(909 mAh g-1 at 0.1 A g-1), 이는 MoSe2와 graphene의 구조적 유사성(모두 층상구조 물질)에 서 기인하는 볼 밀링 과정에서의 균일한 혼합과 이에 의한 충방전에서의 응집 방지가 그 원인이라 고 해석되었다. 한편, 볼 밀링 시간에 따른 MoSe2/ graphene의 용량 변화 추이로부터 밀링 시간이 일 정 시간 이상이 되면(48시간 이상), 전극 활물질에 과도하게 가해진 에너지로 인한 소재의 지나친 결 함 형성으로 급격한 용량 감소를 일으킨다는 점이 드러나, 고체 윤활 과정에서의 적절한 볼 밀링 시 간이 중요하다는 사실이 밝혀졌다.
3.3. NbSe2 기반 음극소재
NbSe2는 최근에 각광받는 TMDC 물질 중 하나 로서 다른 TMDC 물질과 구별되는 흥미로운 물리 적 성질을 갖고 있다. 대부분의 TMDC 물질들이 반도체 성질을 보이나, NbSe2는 전기전도도가 높 은 금속 성질을 보이며, 특히 극저온(< 7.2 K)에서 초전도성을 보인다. 기존의 NbSe2에 대한 응용은 주로 microelectronics와 센서 분야 등에 집중되었 으나, NbSe2의 이차전지로의 응용은 최근에 몇몇 연구가 보고되었다. Hinz 그룹에서는 CVD로 합
성한 NbSe2 양쪽에 Cu 전극을 in-plane 방향으로 패 터닝하고 에폭시 접착제를 이용하여 작은 챔버로 구성한 다음 안쪽에 전해질을 주입하여 배터리 셀 을 구성하였고, 최초의 NbSe2의 리튬이온 전지 전 극소재로의 가능성을 보여주었다[22]. Peng 그룹 은 기계적 박리로 만든 NbSe2로 코인셀을 구성하 고, NbSe2 전극에 대한 리튬이온과 마그네슘 이온 의 저장 메커니즘을 in-situ XRD를 이용하여 보고 하였다(Figure 4)[23]. 한편, NbSe2의 리튬이온과 나트륨 이온의 저장 메커니즘에 대한 이론적 연구 가 Lv 그룹을 통해 보고되었는데[9], 흥미로운 사 실은 나트륨 이온에 대한 이온용량이 리튬 이온에 대한 것보다 더 크게 나타난다는 점이었다. 이러한 통상적인 개념과 반대적인 현상은 few-layer NbSe2
에서 나타나는 특이한 현상인데, 이와 같은 현상은 나트륨 이온의 NbSe2 층 위에서의 multilayer 형성 과 관련이 있다. Few-layer 층상 물질에서 나타나 는 리튬이나 나트륨 이온의 multilayer 형성은 Sonia 그룹에 의해 명확히 규명된 바가 있는데(Figure 5) [24], 이러한 현상은 주로 step-edge terminated site 에서 일어난다고 보고되어 있다. 따라서 few-layer TMDC 물질에서의 종종 나타나는 이론용량보다 높게 측정된 용량은 이와 같은 현상과 관련이 있
*출처: Appl. Surf. Sci., 481, 1196-1205 (2019).
Figure 3. 볼 밀링 공정에 의한 MoSe2/graphite 복합소재의 형성 및 전기화학 성능. 유사한 층상구조를 갖는 MoSe2와
graphite 사이의 볼 밀링 공정에 의한 고체윤활작용으로 MoSe2/graphene heterostructure 형성과 이에 의한 고성능 전기화학 적 특성.
*출처: ACS Appl. Mater. Interfaces, 10, 36988-36995 (2018).
Figure 4. NbSe2 전극의 리튬이온 반응 메커니즘 연구. (a) In-situ XRD에 분석, (b) Ex-situ HRTEM 분석(첫 방전-충전 싸이클 후), (c-e) 2번째 싸이클, (f) 1, 2싸이클 동안의 Li+ 저장 메커니즘에 대한 개략적 설명.
*출처: J. Mater. Chem. A., 5, 8662-8679 (2017).
Figure 5. Few-layer graphene에서의 step-edge site에서의 리튬이온 저장 메커니즘. Few-layer 그래핀에 대하여 step-edge site에서 리튬이온이 multilayer로 형성되어 저장 용량을 비약적으로 향상시킬 수 있다는 DFT 시뮬레이션 결과.
는 경우가 많고, 이는 edge-terminated site의 수가 늘어날수록 용량을 비약적으로 향상시킬 수 있다 는 것을 시사한다. NbSe2에 대한 최근 연구 중 주 목할 만한 것은 NbSe2와 graphite로 이루어진 복 합 소재를 습식 볼 밀링 공정을 통해 구현한 연구 이다(Figure 6)[25]. 이 연구에서는 우선 가장 대표 적인 층상 구조 물질인 graphite에 대하여 건식 밀 링과 습식 밀링 비교를 통해, 습식 밀링에서 보다 효과적인 박리가 가능하다는 결과를 입증하였고, 이를 NbSe2/graphite 혼합물에 적용하여 few-layer NbSe2/graphene을 제조하였다. 생성된 few-layer NbSe2/graphene 파우더의 층의 개수는 AFM과 HRTEM 분석을 통하여 NbSe2 12층, graphene 5 층임이 확인되어, 에탄올 용매 안에서의 두 물질 사 이의 효과적인 습식 박리가 원활히 이루어졌음을 알 수 있었다. SEM, TEM, AFM 분석에서 few- layer NbSe2가 few-layer graphene 위에 존재하는 hetero-structure가 생성됨을 확인하였으며, ex-situ
XRD와 ex-situ TEM 분석을 통해서 few-layer het- ero NbSe2/graphene의 반응 메커니즘 확인 결과, 앞선 Lv 그룹에서 보고했던 intercalation, phase change, conversion 반응이 순차적으로 일어남을 확인할 수 있었다. 특히, ex-situ TEM 분석을 통해 서 리튬이온이 삽입/탈리되는 과정에서 NbSe2의 주요 peak shift로부터 리튬이온과 few-layer NbSe2
사이의 반응이 가역적으로 일어난다는 사실을 확 인하였다. 이로 인해 few-layer NbSe2/graphene 음 극소재는 매우 우수한 전기화학적 성능을 보여주 었는데, 구제척으로는 전류밀도 0.1 A g-1에서 200 싸이클 이후 1000 mAh g-1, 그리고 1.0 A g-1의 높 은 전류밀도에서도 1000 싸이클 이후 700 mAh g-1 의 성능을 나타내었다.
4. 결론 및 전망
최근 고성능 리튬이온전지 응용에 대하여 많은
*출처: Chem. Eng. J., 382, 122981 (2020).
Figure 6. Few-layer hetero NbSe2@graphene 제조 과정과 전기화학적 특성. 습식 볼 밀링 공정에 의해 제조된 NbSe2@graphene hetero 구조는 step-edge site 수가 많고, 반응 면적이 넓으며, NbSe2 자체의 높은 전기전도도로 인하여 유망한 고성능 음극 소재로 쓰일 수 있음.
관심을 받고 있는 TMDC 계열의 저차원 물질들(2 차원 물질 또는 few-layer TMDC) 연구 동향에 대 하여 알아보았다. TMDC 계열의 저차원 물질들은 이미 트랜지스터, 광센서, 광촉매 등의 분야에 매 우 활발히 연구되고 있으며, 최근에는 에너지 저장 에도 중요한 소재로서 인식되어 많은 연구가 진행 중이다. 여기에서는 특히 볼 밀링 공정을 이용한 여러 가지 TMDC 물질들(MoS2, MoSe2, NbSe2)의 효과적인 박리와 이를 이용한 리튬이온 음극 소재 적용에 대하여 정리해보았다. TMDC 활물질 단독 으로 사용할 경우에는 일반적으로 낮은 전기전도 도와 높은 부피팽창으로 인하여 문제점을 노출하 였고, 따라서 이에 대한 적절한 카본 계열 전도성 매트릭스가 병행되어야 한다는 것을 알 수 있었다.
특히, 대부분의 층상 TMDC에 대하여 같은 층상 구조를 갖는 graphite가 혼합되었을 때 전기화학적 성능이 크게 향상되었으며, 이는 볼 밀링 공정 동 안 두 물질 사이의 효과적인 혼합에 의한 전기 전 도도 향상 및 리튬이온과의 반응 도중 활물질의 응 집 방지에 의한 결과라고 해석할 수 있다. 추후에 도 TMDC 계열의 층상구조 재료를 기반으로 연구 될 다양한 리튬이온 전지 음극재는 시장에서 요구 하는 차세대 고성능 리튬이온 전지 구현에 있어 잠 재성을 가진 물질로서 여겨지며, 이에 대한 많은 후속 연구가 이루어질 것으로 예상된다.
References
1. M. Armand and J. M. Tarascon, Building better batteries, Nature, 451, 652-657 (2008).
2. J. M. Tarascon and M. Armand, Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries, Nature, 414, 359-367 (2001).
3. S. Goriparti, E. Miele, F. De Angelis, E. Di Fabrizio, R. Proietti Zaccaria, and C. Capiglia, Review on recent progress of nanostructured anode materials for Li-ion batteries, J. Power Sources, 257, 421-443 (2014).
4. N. T. Hung, J. Bae, J. H. Kim, H. B. Son, I.
T. Kim, and J. Hur, Facile preparation of a
zinc-based alloy composite as a novel anode material for rechargeable lithium-ion batteries, Appl. Surf. Sci., 429, 210-217 (2018).
5. N. Q. Hai, S. H. Kwon, H. Kim, I. T. Kim, S. G. Lee, and J. Hur, High-performance MoS2-based nanocomposite anode prepared by high-energy mechanical milling: The effect of carbonaceous matrix on MoS2, Electrochim.
Acta, 260, 129-138 (2018).
6. Q. H. Nguyen, N. T. Hung, S. J. Park, I. T.
Kim, and J. Hur, Enhanced performance of carbon-free intermetallic zinc titanium alloy (Zn-ZnxTiy) anode for lithium-ion batteries, Electrochem. Acta, 301, 229-239 (2019).
7. R. R. Chianelli, G. Berhault, and B. Torres, Unsupported transition metal sulfide catalysts:
100 years of science and application, Catal.
Today, 147, 275-286 (2009).
8. Q. H. Nguyen, J. S. Choi, Y.-C. Lee, I. T. Kim, and J. Hur, 3D hierarchical structure of MoS2@ G-CNT combined with post-film annealing for enhanced lithium-ion storage, J. Ind. Eng.
Chem., 69, 116-126 (2019).
9. H. Liu, Z. Huang, G. Wu, Y. Wu, G. Yuan, C. He, X. Qi, and J. Zhong, A novel WS2/ NbSe2 vdW heterostructure as an ultrafast charging and discharging anode material for lithium-ion batteries, J. Mater. Chem. A, 6, 17040-17048 (2018).
10. Y. Jung, E. Ji, A. Capasso, and G.-H. Lee, Recent progresses in the growth of two-di- mensional transition metal dichalcogenides, J.
Korean Ceram. Soc., 56, 24-36 (2019).
11. Y. Zhang, Y. Yao, M. G. Sendeku, L. Yin, X. Zhan, F. Wang, Z. Wang, and J. He, Recent progress in CVD growth of 2D transition metal dichalcogenides and related heterostructures, Adv. Mater., 31, 1901694 (2019).
12. S. Zhu, L. Gong, J. Xie, Z. Gu, and Y. Zhao, Design, synthesis, and surface modification of materials based on transition-metal dichalco-
genides for biomedical applications, Small Methods, 1, 1700220 (2017).
13. K. S. Novoselov, D. Jiang, F. Schedin, T. J.
Booth, V. V. Khotkevich, S. V. Morozov, and A. K. Geim, Two-dimensional atomic crystals, PNAS, 102, 10451-10453 (2005).
14. X. Liu, H. Chen, J. Lin, Y. Li, and L. Guo, Exfoliation of transition-metal dichalcogenides using ATP in aqueous solution, Chem. Comm., 55, 2972-2975 (2019).
15. J. Peng, J. Wu, X. Li, Y. Zhou, Z. Yu, Y.
Guo, J. Wu, Y. Lin, Z. Li, X. Wu, C. Wu, and Y. Xie, Very large-sized transition metal dichalcogenides monolayers from fast exfolia- tion by manual shaking, J. Am. Chem. Soc., 139, 9019-9025 (2017).
16. M. Debata, T. S. Acharya, P. Sengupta, P. P.
Acharya, S. Bajpai, and K. Jayasankar, Effect of high energy ball milling on structure and properties of 95W-3.5Ni-1.5Fe heavy alloys, Int. J. Refract. Hard Mater., 69, 170-179 (2017).
17. H. Zhao, H. Zeng, Y. Wu, S. Zhang, B. Li, and Y. Huang, Facile scalable synthesis and superior lithium storage performance of ball-mi- lled MoS2-graphite nanocomposites, J. Mater.
Chem. A, 3, 10466-10470 (2015).
18. Y. Liu, M. Zhu, and D. Chen, Sheet-like MoSe2/C composites with enhanced Li-ion sto- rage properties, J. Mater. Chem. A, 3, 11857- 11862 (2015).
19. Z. Zhang, Y. Fu, X. Yang, Y. Qu, and Z.
Zhang, Hierarchical MoSe2 nanosheets/reduced graphene oxide composites as anodes for lithium-ion and sodium-ion batteries with enhanced electrochemical performance, Chem.
Nano Mat., 1, 409-414 (2015).
20. Y. Shi, C. Hua, B. Li, X. Fang, C. Yao, Y.
Zhang, Y.-S. Hu, Z. Wang, L. Chen, D. Zhao, and G. D. Stucky, Highly ordered mesoporous crystalline MoSe2 material with efficient
visible-light-driven photocatalytic activity and enhanced lithium storage performance, Adv.
Funct. Mater., 23, 1832-1838 (2013).
21. H. Kim, Q. H. Nguyen, I. T. Kim, and J.
Hur, Scalable synthesis of high-performance molybdenum diselenide-graphite nanocomposite anodes for lithium-ion batteries, Appl. Surf.
Sci., 481, 1196-1205 (2019).
22. E. Hitz, J. Wan, A. Patel, Y. Xu, L. Meshi, J. Dai, Y. Chen, A. Lu, A. V. Davydov, and L. Hu, Electrochemical intercalation of lithium ions into NbSe2 nanosheets, ACS Appl. Mater.
Interfaces, 8, 11390-11395 (2016).
23. C. Peng, H. Lyu, L. Wu, T. Xiong, F. Xiong, Z. Liu, Q. An, and L. Mai, Lithium- and mag- nesium-storage mechanisms of novel hexagonal NbSe2, ACS Appl. Mater. Interfaces, 10, 36988- 36995 (2018).
24. F. J. Sonia, M. K. Jangid, B. Ananthoju, M.
Aslam, P. Johari, and A. Mukhopadhyay, Understanding the Li-storage in few layers graphene with respect to bulk graphite: Expe- rimental, analytical and computational study, J. Mater. Chem. A, 5, 8662-8679 (2017).
25. Q. H. Nguyen, H. Kim, I. T. Kim, W. Choi, and J. Hur, Few-layer NbSe2@graphene he- terostructures as anodes in lithium-ion half- and full-cell batteries, Chem. Eng. J., 382, 122981 (2020).
허 재 현
1996~2000 서울대학교 응용화학부 학사 2003~2008 미국 퍼듀대학교 화학공학과
박사
2008~2014 삼성종합기술원 전문연구원 2014~2019 가천대학교 화공생명공학과
조교수
2019~현재 가천대학교 화공생명공학과 부교수