[신기술 소개] 암모늄 바나듐 브론즈(NH4V4O10) 소재의 크기 제어를 통한 고성능 칼슘 이온 이차전지 안정화 기술 개발

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암모늄 바나듐 브론즈(NH

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) 소재의 크기 제어를 통한 고성능 칼슘 이온 이차전지 안정화 기술 개발

암모늄 바나듐 브론즈(NH

V

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) 소재를 수열 합성법으로 합성하여 전기화학적 성능 및 구동 안정성이 뛰어난 칼슘이온 이차전지를 구현하는 방법이 개발되었다. 최근 저렴하면서도 성능이 우수한 다가 이온 이 차전지 개발에 큰 관심이 집중되고 있다. 그중 칼슘이온 이차전지에 대한 연구도 활발하나, 여전히 수명 특 성 등 전기화학적 안정성이 매우 불안정한 것으로 보인다. 이러한 어려움은 Ca

이온의 이온 반경과 전하 밀도가 Li

이온과는 상당히 다르기 때문이다. 본 연구에서는 암모늄 바나듐 브론즈(NH

V

O

) 소재를 수 열 합성법을 통해 제조하였다. NH

V

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화합물을 형성하는 동안 계면 활성제를 첨가함으로써 크기가 매 우 균일한 NH

V

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나노 결정을 형성시켰다. 충⋅방전동안 V

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층들 사이에 Ca

의 삽입이 이루어지 는데 이때 NH

V

O

로부터 NH

이온이 탈리된다. 크기가 큰 마이크로 NH

V

O

의 대부분은 Ca

이온 들의 삽입/탈리 반응을 억제하여 부반응이 일어나 전지의 쿨롱 효율(~45%)이 매우 낮은 것을 확인하였으 며, 반면에 균일한 나노 크기의 NH

V

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은 100 사이클 동안 80%의 높은 쿨롱 효율을 선보였다. 비록 방 전 용량이 다소 낮았다 할지라도(75 mAh g

) 본 연구를 통해 칼슘 이온 전지의 전극 소재의 크기 제어가 전지의 효율과 수명 특성을 크게 향상시키는 열쇠임을 밝혀내었다.

Figure. Comparison on coulombic efficiencies and morphologies of NH₄V₄O₁₀ crystals obtained from conventional and surfactant-assisted hydrothermal process.

출처: T. N. Vo, H. Kim, J. Hur, W. Choi, and I. T. Kim,

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작성: 김 일 태 (가천대학교 화공생명공학과)