Ionic Conduction Properties in Li

http://dx.doi.org/10.3938/NPSM.67.1257

Ionic Conduction Properties in Li

O-0.8P

O

-0.2B

O

Glass:

Electrical Conductivity and Impedance Analysis

Mac Kim · Yong Suk Yang

Department of Nano Fusion Technology, Nanoenergy Engineering, Pusan National University, Busan 46241, Korea

(Received 16 August 2017 : revised 10 October 2017 : accepted 16 October 2017)

We investigated the ionic conduction properties of Li₂O-0.8P₂O₅-0.2B₂O₃ (LPBO) glass, which is used as a thin-film Li-ion battery electrolyte. The glass sample was synthesized by using the melt quenching method. We used Raman spectroscopy to analyze the network microstructure mode of the LPBO glass. The ionic conductivity of the LPBO glass could be explained by employing the electrical conductivity and the complex impedance representation. The electrical measurements were carried out in the frequency and temperature ranges of 100 Hz∼30 MHz and 30∼600 ^◦C at a heating rate of 2 ^◦C/min, respectively. The dc and the ac activation energies obtained from Jonscher’s universal power law were 0.51 and 0.45 eV, and those were 0.50 and 0.48 eV from the Cole-Cole plot. The dc conductivity of the LPBO glass was ∼10⁻⁷ S/cm at room temperature.

The similarity of the values of the ac and the dc activation energies indicate that the heights of the energy barriers for ion conduction are not markedly different from each other.

PACS numbers: 72.80.Ng, 77.22.Gm, 72.20.Ee

Keywords: Li2O-0.8P2O5-0.2B2O3glass, Ionic conductivity, Activation energy, Power law, Cole-Cole plot

전기 전도도와 임피던스 해석을 이용한 Li

O-0.8P

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O

유리의 이온 전도 특성 연구

김맥 · 양용석

부산대학교 나노융합기술학과, 나노에너지공학과, 부산 46241, 대한민국 (2017년 8월 16일 받음, 2017년 10월 10일 수정본 받음, 2017년 10월 16일 게재 확정)

리튬이온 박막전지의 전해질로 응용되는 Li2O-0.8P2O5-0.2B2O3 (LPBO) 유리를 용융 급랭법으로 제조하고 이온전도 특성을 연구하였다. Raman 분광 결과로부터 LPBO 유리의 미세구조 분광모드를 분석하였다. LPBO 유리의 이온전도 특성을 전기 전도도, 임피던스 표현법으로 설명하였다. 유리의 전기반응을 측정하기 위한 주파수는 100 Hz∼30 MHz, 온도 영역은 30∼600^◦C이고 승온율은 2^◦C/min 였다. Jonscher의 보편 지수법칙과 Cole-Cole 모델로 구한 dc 및 ac 전도에 대한 활성화 에너지는 각각 0.51, 0.45 eV와 0.50, 0.48 eV이었다. 상온에서 LPBO 유리의 이온 전도도는∼10⁻⁷S/cm이었다. 활성화 에너지가 ac 와 dc 전도에 대해 유사한 것으로부터 이온전도 에너지 장벽 높이의 분포가 넓지 않음을 알 수 있었다.

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

및 형태의 자유도가 우수하여 센서, 스마트카드, 전자식별 태그, 인체 삽입형 의료기기의 초소형 전자기기에 활용할 수 있다 [1–5].

리튬이온 박막전지의 고체 전해질 소재는 우수한 전도 특성, 열적· 화학적 안정성, 전극과의 호환성을 만족해야 한다. 일반적으로 고체 전해질의 리튬이온 전도도는 액체에 비해 매우 낮다. 전해질 두께 감소에 의한 내부저항 감소로 낮은 이온 전도도를 보완하는 효과를 얻을 수 있다.

고체 전해질은 크게 무기질 계와 폴리머 계로 분류할 수 있고, 무기질 고체 전해질은 다시 결정과 유리로 나눌 수 있다 [6–9]. 결정 박막은 제조 시 박막 증착 속도, 기판 온도, 전기장 인가, 제조 후 열처리 등의 복잡한 과정이 수반되는 반면 유리 박막은 구조적 및 전기적으로 방향성이 없어 등 방성의 이온 전도도를 나타내고, 유리를 이루는 원소 종류 및 배합의 폭이 자유로운 장점이 있다. 따라서, 오래전부터 유리를 박막전지 고체 전해질로 응용하기 위한 연구가 진행 되어 왔다. 다양한 유리 중에서 빠른 리튬이온 전도성 산화 물 유리 (fast Li ion conducting oxide glass) 는 넓은 전압 범위에서 우수한 전기적·화학적·열적 안정성을 나타낸다.

산화물 유리에서 리튬이온 전도도를 향상시키기 위해 서는 리튬 함량을 높이거나 두 가지 이상의 유리형성제를 혼합하는 방법이 있다. B2O3, P2O5, SiO2, GeO2와 같은 유리형성제 기반 유리에서 Li2O 농도를 변화시키거나 두 가지 이상의 유리형성제를 혼합하였을 때 나타나는 혼합 유리형성제 효과에 의한 구조 변화와 그에 따른 이온전도 현상에 대한 많은 연구가 진행되어 왔다 [10–12]. 이 중에 서도 Li2O-P2O5-B2O3 유리 계는 비교적 우수한 이온전도 특성을 나타내므로 고체 전해질로 적용한 많은 연구 결과들 이 있다 [9,13,14]. 그러나 Li2O의 함량이 증가할수록 유리 형성능력이 급격히 저하되므로 고농도의 Li2O를 포함하는 P2O5-B2O3유리 계에 대한 연구는 매우 부족하다.

본 연구에서는 리튬이온 전지 고체 전해질 소재로 응용 되는 Li2O-0.8P2O5-0.2B2O3 (LPBO) 유리를 용융 급랭

∗E-mail: [email protected]

해 Li2CO3 (Sigma-Aldrich, 99%), NH4H2PO4 (Sigma- Aldrich, 98%), H3BO3 (Sigma-Aldrich, 99.5%) 분말을 1 시간 동안 실온에서 혼합한 다음 백금 도가니에 넣고 전 기로를 이용하여 1000 ^◦C에서 30분간 녹인 후 황동판을 이용하여 급랭하였다. 급랭하여 얻은 시료는 0.6 mm 두 께의 투명한 박편 형태이고 X-선 회절 (XRD, Miniflex II, Rigaku) 실험으로부터 유리상임을 확인하였다. 입사 X- 선 파장은 1.5405 Å, 단결정 Si (111) 으로 측정한 장비 분 해능은 반치폭 (full width half maximum, FWHM) 으로

∆2θ = 0.12^◦이었다. X-선 광학체계는 집중법이며 입사 및 수광 슬릿 (slit) 에 대한 정보는 X-선원 튜브로부터 차례로 솔러슬릿 (soller slit) 5^◦, 발산슬릿 (divergence slit) 1.25^◦, 산란슬릿 (scattering slit) 1.25^◦, 수신슬릿 (receiving slit) 0.3 mm 이다. XRD 실험은 박편의 유리를 분말로 만들어 2^◦/min 속도로 측정하였다. 2θ 산란각∼ 23^◦ 부근의 ∆2θ

∼10^◦ 이상으로 넓게 나타나는 완만한 회절무늬는 구조적 으로 주기성이 없고 단거리질서를 갖는 유리에서 나타나는 전형적인 형태이다.

LPBO 유리의 결정화 과정에서 나타나는 열 특성은 20 mg 의 유리 분말을 백금 용기에 담은 후 시차열분석 기 (DTA) 를 이용하여 10 ^◦C/min의 승온율로 상온에서 800 ^◦C까지 측정하였다. LPBO 유리의 국소 포논 진동 모드는 라만 분광기 (Raman spectroscopy) 를 이용하여 측 정하였다. 광원인 레이저 파장은 532 nm, 출력은 150 mW 이고 측정 파수 영역은 100 ∼ 1600 cm⁻¹이었다. 레이저 광원의 파장은 532 nm, 파장 반치폭은 1 µm, 분광기의 파장 분해능은 3.4∼4 cm⁻¹, 수광방식은 전하결합소자 (charge coupled device, CCD) 적용이다.

LPBO 유리의 전기 특성 측정은 임피던스 분석기 (4294A, Keysight, USA) 를 이용하였다. 전기 측정에 이점이 있는 얇은 유리를 제조하기 위하여 1시간 동안 실온에서 혼합한 Li2CO3, NH4H2PO4, H3BO3분말을 한쪽 끝에 구멍이 뚫 린 백금관에 담고 900∼ 1000^◦C에서 용융하였다. 용융된 시료는 백금관의 구멍을 통해 방울 형태로 낙하하게 되고

Fig. 1. (Color online) X-ray diffraction pattern of LPBO glass. Inset: a DTA curve for LPBO glass, measured at a heating rate of 10^◦C/min. The glass transition temper- ature, the crystallization temperature and the melting temperature are denoted as Tg, Tc and Tmrespectively.

회전하는 두 개의 롤러를 통과케 하여 50 µm 두께의 무색 투명한 얇은 유리 시료를 얻었다. 직경이 3 mm인 금을 시 료의 양면에 진공 증착하여 전극을 만들고 은 풀을 이용하여 금선을 부착하였다. 준비된 시료는 전기로에서 2 ^◦C/min 의 승온율로 상온에서부터 600 ^◦C까지 온도를 올리면서 커패시턴스 Cp와 손실 D 값을 측정하였으며, 측정 주파 수의 범위는 100 Hz에서 30 MHz이었다. 측정된 Cp, D 값으로부터 복소 유전율 ˆϵ(ν) = ϵ^′− iϵ^′′=−i/(2πνC0Z),ˆ 전기 전도도 ˆσ(ν) = σ^′+ iσ^′′= ϵ₀/(C₀Z)ˆ 의 관계식을 이 용하여 전기 전도도, 복소 임피던스를 구하였다. 여기서 진공에서의 정전 용량 C0 = ϵ0A/d이며, ϵ0는 진공에서의 유전율, A 는 전극 면적, d 는 시료의 두께이다.

III. 결과 및 논의

Fig. 1은 Li2O-0.8P2O5-0.2B2O3 (LPBO) 다결정을 용 융 급랭하여 제조한 시료의 X-선 회절 무늬이다. 브래그 반사면에 대응되는 회절 봉우리가 나타나는 결정과는 달리 격자 배열 차원에서 무질서도가 높은 유리에서는 단거리 질서를 갖는 원자에서 산란되는 중첩에 의해 X-선 회절 무늬가 완만한 봉우리를 나타낸다. 따라서, 그림으로부터 LPBO 유리가 잘 제조된 것을 확인할 수 있다. 삽입 그림은 승온율 10^◦C/min로 측정한 LPBO 유리의 DTA 곡선이다.

유리전이 온도 (Tg) 는 332^◦C이며, 온도를 올림에 따라 과 냉각 액체 구간을 지나 471^◦C 근처에서 결정화가 시작된다.

결정화 온도 (Tc) 이후에 나타나는 두 개의 발열 봉우리는 LPBO 유리의 결정화 과정에서 두 가지 이상의 상변화가

Fig. 2. Raman spectrum of LPBO glass at room tem- perature.

발생함을 의미한다. 광학 및 전기 특성은 유리상에 대해서만 분석하였으므로 자세한 결정 구조 분석은 수행하지 않았다.

결정화가 끝나는 온도인 610^◦C 이후의 흡열 반응은 시료가 용융에 의해 고체에서 액체상으로 변화하기 때문이다.

Fig. 2는 상온에서 측정한 LPBO 유리의 Raman 스펙 트럼이다. 유리의 Raman 스펙트럼은 구조적인 무질서에 의한 진동모드의 중첩으로 인해 완만한 형태의 봉우리를 나타낸다. 인산염 유리는 PO4 사면체를 기본 단위로 하며 P 원자와 결합하는 O 원자 중 하나는 이중결합을 한다.

유리 내 원자 또는 분자 사이의 연결고리를 끊는 역할을 하는 망목 수식제 (network modifier) 첨가에 따라 비가교 산소가 형성되고 비가교 산소의 농도에 따라 Qⁿ (n = 0, 1, 2, 3) 으로 구분할 수 있다 [15]. 여기서 n 은 P 원자와 가교된 산소의 개수를 의미한다. 200∼600 cm⁻¹ 파수 영역에서 나타나는 봉우리는 O-P-O 결합의 휨 (bending) 및 비틀 림 (torsional) 진동모드에 의한 것이다 [16,17]. 600∼800 cm⁻¹ 파수 영역의 봉우리는 각각 650, 760 cm⁻¹에서 나 타나는 Q² 및 Q¹의 가교 산소에 의한 P-O-P 대칭 신축 (stretching) 진동모드 [18]와 770 cm⁻¹의 하나 또는 두 개 의 BO⁻₄ 가 연결된 3개의 B 원자와 3개의 O 원자로 이루 어진 고리의 숨쉬기 (breathing) 진동모드 [19,20]의 중첩 에 기인한다. 800∼1400 cm⁻¹ 파수 영역의 봉우리는 950 cm⁻¹의 정규붕산염 (orthoborate) 내의 B-O⁻ 대칭 신축 진동모드 [21]와 Q⁰, Q¹, Q²의 비가교 산소 생성에 의한 대칭 신축 진동모드에서 기인하는 990, 1065, 1170 cm⁻¹의 봉우리 [18]의 중첩에 의한 것이다. 또한, 550, 1100 cm⁻¹ 의 고립된 또는 연속적인 이붕산염 (diborate) 내의 B-O 신축 진동에서 기인하는 모드도 존재한다 [22].

전기 측정은 DTA 결과를 참고하여 상온에서 600 ^◦C 까지 수행하였으며 리튬이온 전지 고체 전해질 소재로의

Fig. 3. (Color online) Radial frequency dependency of the real conductivity σ(ω) for LPBO glass at several tem- peratures, measured at a heating rate of 2 ^◦C/min. The symbols are the measured data and the lines are the fit with Jonscher’s power law.

응용성을 고려하여 140 ^◦C까지의 데이터만 분석하였다.

Fig. 3은 40∼120^◦C 온도 영역에서 LPBO 유리에 대한 전 기 전도도의 주파수 의존성을 나타낸 것이다. 온도 상승에 따른 전반적인 전기 전도도 증가는 열에너지에 의해 이온들 의 움직임이 활성화되기 때문이다. 그림의 최대 주파수는 측정 장비가 고주파수 한계에 이를 때 나타나는 비정상적 무작위 반응을 제외한 10 MHz 이다. Jonscher의 지수법칙 모델을 바탕으로 한 주파수에 대한 이온 전도도를 그리면 일반적으로 세 영역이 나타난다. 첫째는 높은 주파수에서 이온들의 국소퍼텐셜 깡총뛰기 기여에 의한 ac 분산영역, 둘째는 중간 주파수에서 여러 퍼텐셜을 넘어 장거리 이온 이동에 따른 주파수에 관계없이 전도도가 평탄한 dc 영역, 셋째는 저주파수에서 전극의 계면 분극에 의한 분산 영역이 다. Fig. 3에는 이러한 세 가지 주파수 영역에 대한 전도도 중 100^◦C까지는 고주파분산과 중간주파수 dc 전도도가 잘 나타나고 있다. 120^◦C인 경우 주파수 logω 가 3.5 이하에서 전도도 값이 작아지면서 나타나기 시작하는 저주파 분산은 전형적인 전극의 계면에서 나타나는 분극 효과이다. 온도가 높아갈수록 이온들의 운동에너지가 커지고 움직임이 활성 화되기 때문에 분산이 나타나기 시작하는 주파수 또한 높은 쪽으로 이동한다. 이러한 이온 전도 현상은 아래와 같이 Jonscher의 보편 지수법칙으로 나타낼 수 있다 [23,24].

σ(ω) = σdc

[ 1 +

(ω ωh

)s]

(1)

여기서 σdc는 dc 전도도, ωh는 이온의 깡충뛰기 각주파수 로써 σ(ωh) = 2σ_dc의 관계에서 구할 수 있다. s 는 전도에 기여하는 이온과 다른 이온 또는 주변 환경과의 상호작용

Fig. 4. (Color online) Activation energy of (a) the dc and (b) the ac conductivity for LPBO glass, calculated from the fit of Jonscher’s power law. The solid lines are the least-squares straight-line fits to the data.

분포 정도를 나타내는 변수이며 0에서 1 사이의 값을 가진 다. s 가 1일 때는 원자 또는 분자에 기인하는 유전 완화시 간이 동일한 Debye 형태임을 의미한다. 그림에서 실선은 식 (1) 로부터 맞추기 한 결과이며 LPBO 유리는 보편 지수 법칙을 잘 만족함을 알 수 있다. 맞추기 하여 구한 s 값은 주어진 온도 범위에서 0.53±0.07이며 이는 LPBO 유리가 non-Debye 형태임을 의미한다.

Fig. 4는 식 (1) 의 보편 지수법칙을 이용하여 Fig. 3으로 부터 구한 LPBO 유리의 dc 및 ac 전도에 대한 활성화 에너 지를 나타낸 것이다. dc 및 ac 전도에 대한 활성화 에너지는 아래의 Arrhenius 관계식으로부터 구할 수 있다.

σdcT = σ0exp(−Edc/kBT ) (2) ωh = ω0exp(−Eac/kBT ) (3) 위의 식들로부터 구한 dc 및 ac 활성화 에너지는 각각 0.51±0.01, 0.45±0.03 eV로 유사하였으며 이는 이온이 장거리 이동을 할 때와 단거리 이동을 할 때 느끼는 평균 퍼텐셜 장벽의 높이가 별 차이가 없음을 의미한다.

복소 임피던스 해석법은 시료에 교류전압을 인가했을 때 나타나는 전류의 변화를 측정하고 주파수에 따른 반응을

Fig. 5. (Color online) Complex impedance plane plots of LPBO glass for several temperatures, measured at a heating rate of 2 ^◦C/min. The crossover frequencies which intersect the real axis at different temperatures are shown. Inset: magnified complex impedance plane plots at high frequencies. The symbols are the measured data and the lines are the fit with complex impedance Cole-Cole plots.

시료 내부 저항 (R), 커패시턴스 (C), 인덕턴스 (L) 에 해 당하는 성분들로 조합하여 해석한다. 유리에서는 격자 무 질서도에 따른 영향, 결정에서는 낱알 (grain) 과 낱알 둘레 (grain boundary) 에 의한 효과, 전지에서는 전극과 전해질 계면, 전극 및 전해질 자체 저항을 분석할 수 있다 [24–26].

Fig. 5는 40∼140^◦C 온도 영역에서 LPBO 유리의 복소 임피던스 평면 그림을 나타낸 것이다. 단일 완화 시간을 갖는 Debye 형태는 중심이 x-축 상에 있는 반원을 그린다.

그림은 반원의 중심이 x-축 아래에 있는 non-Debye 형태이 며, 이는 Cole-Cole 식으로부터 맞추기 하여 구한 a 값에서 도 확인 할 수 있다. LPBO 유리의 복소 임피던스는 하나의 반원을 보이며, 이는 원자 배열적으로 특이한 경계면이 없고 전도에 기여하는 전하의 성분이 단일한 유리에서 나타나는 일반적인 현상이다. 임피던스 실수부의 값이 커질수록 저 주파수 영역을 의미하며, 저주파수 극한에서 x-축과 만나는 값이 dc 저항이다. 다시 말하면 복소 임피던스 모델에서 구하는 σ_dc^′ 는 Fig. 5의 복소 임피던스에서 허수부가 0이 되는 실수부 임피던스, 즉 복소 임피던스가 실수부 축과 교차하는 임피던스 값의 역수로 정의된다. 한 예로 Fig. 5 에서 60 ^◦C인 경우 임피던스 허수부가 0이 되는 지점의 임피던스 실수 값은 그림에서 실선으로 나타낸 바와 같이

Fig. 6. (Color online) Activation energy of (a) the dc and (b) the ac conductivity for LPBO glass, calculated from the fit of complex impedance Cole-Cole plot. The solid lines are the least-squares straight-line fits to the data.

식 (4) 를 맞추기 하여 구한다. 실수부와 교차하는 임피던스 값은 750 KΩcm, 따라서 σ_dc^′ 는 이 값의 역수인 1.33× 10⁻⁶ Ω⁻¹cm⁻¹ (S/cm) 이다. 저주파수 영역에서 나타나는 꼬리 는 시료와 전극 계면 분극에 의한 반원의 일부이다. 삽입 그림은 고온에서의 복소 임피던스 변화를 확인하기 위해 저항 값이 작은 영역을 확대한 것이다. LPBO 유리의 복소 임피던스는 아래의 Cole-Cole 식을 적용하여 해석하였다.

Z^∗(ω) = ∆R

1 + (iωτ )^α (4) 여기서 ∆R = R0− R_∞로 R0는 각주파수가 0일 때의 전기 저항, R_∞는 각주파수가 무한대일 때의 전기 저항을 의미 한다. τ 는 ac 유전 완화시간을 나타내는 값으로써 τ ωp= 1 의 관계에서 임피던스 허수부가 최대가 되는 주파수인 ωp

의 역수로부터 구할 수 있다. α 는 완화시간들의 분포와 관련된 지수로써 0에서 1 사이의 값을 가지고 α = 1 일 때 Debye 형태를 의미한다. Cole-Cole 식으로 맞추기 하여 구한 LPBO 유리의 α 값은 해당 온도 범위에서 0.83±0.04

두 가지 모델을 모두 적용할 수 있음을 보여준다.

결과 및 논의를 전반적으로 정리하면 다음과 같다. 최근 에 고체 박막 리튬전지 개발에 전이금속 Fe, Mn, Ni을 첨 가한 리튬인산염 (lithium phosphate) 에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 사용중인 전지를 대체할 새로운 Li 전지 개발 노력이 매우 중요하고 필수적이라는 것은 게재되는 학술논문의 양과 수준에서도 판단할 수 있다. Li 전지 산업 초기에 개발한 LiCoO2 전지는 단순한 소형장치 활용에 상대적으로 빠르게 적용될 수 있었으나, 현대의 전지는 초 소형에서 대형장비 에너지원 역할을 감당해야하므로 개발 시 고려하고 점검해야 할 사항이 많다. 전지 구동전압은 낮으나 수명이 길고, 안전하며 전력밀도가 높은 리튬인산염 기반 소재 역시 전기, 열, 화학, 구조 차원에서 유리와 결정에 대해 다양한 연구가 진행되고 있다 [28–30]. 본 논문에서 도입한 지수법칙과 임피던스 모델은 이온전도 및 전기화학 분석을 수행하는 연구자들이 적용하기에 좋은 방법이다.

최근에 보고된 Fe이 함유된 리튬인산염 유리의 dc 전도도는 40^◦C에서 10⁻⁸ S/cm, 100^◦C에서 10^−6.5S/cm정도이다 [28,29]. 본 연구의 LPBO 유리에서 dc 전도도는 40 ^◦C 에서 10⁻⁷ S/cm, 100 ^◦C에서 10^−5.1 S/cm로 우수한 물 성을 보이고 있으며 Li 박막 전지 응용에 적용되는 전기 전도도 영역이다. 또한 위의 문헌에서 라만 스펙트럼의 경우 200∼1400 cm⁻¹영역에서 에너지 분포가 본 연구결과 (Fig. 2) 에 비해 넓게 나타나고 있음을 알 수 있으며 이러한 모드 분포도와 이온 전도도의 상관관계에 대한 추가 연구가 필요하다.

본 연구에서는 지수법칙과 임피던스 모델을 이용하여 구한 LPBO 유리에서의 dc 및 ac 전도도에 대한 활성화 에너지가 오차 범위 내에서 동일한 것으로부터 이온의 깡총 뛰기를 바탕으로 한 미시적 모델 (지수법칙) 과 전류흐름에 대한 RLC (resistance, reactance, capacitance) 반응을 기 반으로 하는 거시적 모델 (임피던스)이 잘 적용 될 수 있음을 밝혔다. 유리형성제 B2O3의 몰비율이 본 연구에서와 같이 20%인 경우 최근에 보고되고 있는 리튬인산염 유리계에

이루어진 망목 연결고리가 끊기고 비가교산소가 나타나며 저차원 진동모드가 생성됨을 확인하였다.

유리 구간에서 온도와 주파수에 따른 이온전도 현상을 Jonscher의 보편 지수법칙 및 복소 임피던스 Cole-Cole plot 으로 해석하였다. 보편 지수법칙 및 Cole-Cole plot으로 구 한 온도 증가에 따른 dc 및 ac 전도는 Arrhenius 거동을 보였다. 전기 전도도 및 복소 임피던스 표현법으로 구한 dc (ac) 전도에 대한 활성화 에너지는 각각 0.51 (0.50), 0.45 (0.48) eV로 유사한 값을 보였다. 이로부터 LPBO 유리는 전기 전도도 및 복소 임피던스 표현법을 모두 적용할 수 있는 계임을 알 수 있었다. LPBO 유리의 상온에서의 dc 전 도도는∼10⁻⁷ S/cm 이었으며, 리튬이온 박막전지 전해질 소재로의 응용성을 확인할 수 있었다.

고체 전해질을 사용하는 리튬이온 박막전지 개발의 핵심 은 안정성과 넓은 온도 범위에 대한 적용이다. 특히 액상 전해질로는 접근이 어려운 넓은 온도 영역을 고려해야하고 우선적으로는−40에서 130^◦C를 설정하는 것이 보통이다.

본 논문에서 구한 상온 10⁻⁷ S/cm 전기 전도도는 고체 전 해질로써 응용이 가능한 값이다. 온도 증가에 따른 전도도 증가 (예; 100^◦C, 10^−5.1S/cm)는 고체이기 떄문에 폭발과 누수가 없고 고온 박막전지 응용에 더욱 유용하게 활용될 수 있다.

감사의 글

이 논문은 부산대학교 기본연구지원사업 (2년) 에 의하여 연구되었습니다.

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