본문 바로가기 주메뉴 바로가기
22대 대한민국 국회 국회정보길라잡이 국회의원검색
회원가입 로그인
HOME

정보검색

소장정보 검색

국회도서관 홈으로 정보검색 소장정보 검색
결과 내 검색 동의어 포함
결과 내 검색 동의어 포함

-

목차보기

Title Page

Contents

Abstract 16

Foreword 19

Introduction 19

Thesis overview 23

Chapter 1. Background information 24

1.1. Overview of Li/Na-ion batteries 24

1.2. Overview of polymer electrolytes 25

1.3. Strategies for developing polymer electrolytes 29

1.4. Selection of unique functional filler 33

1.5. Research objective 41

PART 1. COMPOSITE GEL POLYMER ELECTROLYTE FOR QUASI-SOLID-STATE NA-ION BATTERIES 43

Chapter 2. Synthesis and characterization of BP-integrated gel polymer electrolyte 43

2.1. Experimental section 43

2.2. Results and discussion 47

Chapter 3. Design of high-performance quasi-solid-state Na-ion batteries 67

3.1. Experimental section 67

3.2. Results and discussion 70

PART 2. COMPOSITE SOLID POLYMER ELECTROLYTE FOR NA/LI-ION BATTERIES 94

Chapter 4. Design of high-performance all-solid-state Na-ion batteries 94

4.1. Experimental section 94

4.2. Results and discussion 97

Chapter 5. Design of high-performance all-solid-state Li-ion batteries 113

5.1. Experimental section 113

5.2. Results and discussion 114

Conclusion 128

References 130

논문요약 140

List of Tables

Table 3.1. Summaries of electrochemical properties of the state-of-the-art quasi-solid-state Na-ion battery full cells with gel polymer electrolytes. 89

Table 4.1. Summaries of electrochemical properties of the state-of-the-art SPEs for SIBs. 103

Table 5.1. Summaries of electrochemical properties of the state-of-the-art SPEs for LIBs. 117

List of Figures

Fig. 1.1. Schematic illustration of ion transport mechanism in polymer matrices. 28

Fig. 1.2. Schematic illustration of different type of filler: inert fillers and active fillers. 32

Fig. 1.3. Schematic illustration of Interaction between ozone molecules and lone-pair electron on BP surface. 35

Fig. 1.4. Schematic illustration of 2D active filler in polymer matrices. 36

Fig. 1.5. Schematic illustration of 2D active filler in polymer matrices. 38

Fig. 1.6. Dynamic scattering spectroscopy of tcBP nanosheets. 39

Fig. 1.7. Atomic force microscopy of tcBP nanosheets. 40

Fig. 1.8. Schematic illustration of synthesis process of PVDF-HFP based composite gel polymer electrolytes. 44

Fig. 2.1. Cross-section SEM image of tcBP/PVDF-HFP dry film. 48

Fig. 2.2. TEM image of tcBP/PVDF-HFP dry film. 49

Fig. 2.3. SAXS profiles of PVDF-HFP, BP/PVDF-HFP and tcBP/PVDF-HFP dry films. 50

Fig. 2.4. Raman spectrum from tcBP/PVDF-HFP dry film. 51

Fig. 2.5. (A-D) Photograph and (E-H) corresponding Raman mapping image of PVDF-HFP, BP/PVDF-HFP (5 wt%), tcBP/PVDF-HFP (5 wt%) and tcBP/PVDF-HFP (7 wt%). 52

Fig. 2.6. Schematic models showing different phases of PVDF-HFP chain. 54

Fig. 2.7. DSC profiles of PVDF-HFP, BP/PVDF-HFP and tcBP/PVDF-HFP dry films. 55

Fig. 2.8. FT-IR spectra of PVDF-HFP, BP/PVDF-HFP and tcBP/PVDF-HFP dry films. 56

Fig. 2.9. Temperature-modulated XRD spectra of PVDF-HFP,... 58

Fig. 2.10. Stress-strain curve profiles of PVDF-HFP, BP/PVDF-HFP and tcBP/PVDF-HFP electrolytes (wet films). 59

Fig. 2.11. ²³Na solid state MAS-NMR spectra of PVDF-HFP, BP/PVDF-HFP and tcBP/PVDF-HFP. 61

Fig. 2.12. Ionic conductivity according to tcBP content in PVDF-HFP. 63

Fig. 2.13. Ionic conductivity of PVDF-HFP, BP/PVDF-HFP and tcBP/PVDF-HFP as a function... 64

Fig. 2.14. Current-time plot of tcBP/PVDF-HFP with constant potential of 10 mV and impedance spectra... 65

Fig. 2.15. Linear sweep voltammetry profiles of PVDF-HFP and tcBP/PVDF-HFP. 66

Fig. 3.1. Potential profiles of Na symmetric cell with tcBP/PVDF-HFP, PVDF-HFP gel polymer electrolytes at the current density of 0.1 mA cm⁻². 72

Fig. 3.2. Initial potential profiles of Na symmetric cell with tcBP/PVDF-HFP, BP/PVDF, PVDF-HFP gel polymer... 73

Fig. 3.3. Nyquist plots of Na symmetric cell with tcBP/PVDF-HFP, BP/PVDF, PVDF-HFP gel polymer electrolytes. 74

Fig. 3.4. Potential profiles of Na symmetric cell with tcBP/PVDF-HFP, BP/PVDF, PVDF-HFP gel polymer... 75

Fig. 3.5. Potential profiles of Na symmetric cell with tcBP/PVDF-HFP, BP/PVDF, PVDF-HFP gel polymer electrolytes... 76

Fig. 3.6. CV curves of the Na∥BI-NVP half cell with PVDF-HFP and tcBP/PVDF-HFP. 79

Fig. 3.7. Peak-to-peak separation by scan rate of the Na∥BI-NVP half cell with PVDF-HFP and tcBP/PVDF-HFP. 80

Fig. 3.8. Linear relationship peak current (Ip) and the square root of the scan rate (ν¹/²).[이미지참조] 81

Fig. 3.9. GCD profiles at various C-rate and rate capabilities plots of Na∥BI-NVP half cells with PVDF-HFP and tcBP/PVDF-HFP. 83

Fig. 3.10. Cycle stabilities of Na∥BI-NVP half cells with PVDF-HFP and tcBP/PVDF-HFP at 50 C and 10 C. 84

Fig. 3.11. 1st and 2nd GCD profiles of hard carbon electrode at 0.1 A g⁻¹. 86

Fig. 3.12. GCD profiles of HC|tcBP/PVDF-HFP|BI-NVP full cell at different C-rate from 0.5 C to 50 C. 87

Fig. 3.13. Cycling life of HC|tcBP/PVDF-HFP|BI-NVP full cell at 1 C. 88

Fig. 3.14. GCD profiles of 1st and 2nd cycles of belt-type pouch full cell at 0.5 C. 91

Fig. 3.15. Cycling test under mechanical stress at 1 C of belt-type pouch full cell. 92

Fig. 3.16. Light bulb operation test of planar-type pouch full cell. 93

Fig. 4.1. Schematic illustration of synthesis process of PEO-based composite solid polymer electrolytes. 95

Fig. 4.2. DSC profiles of Pure PEO, PEO/NaTFSI, bulk BP/PEO/NaTFSI and tcBP/PEO/NaTFSI films. 99

Fig. 4.3. Stress-strain curve profiles of PEO/NaTFSI and tcBP/PEO/NaTFSI films. 100

Fig. 4.4. Ionic conductivities of PEO with[EO]/Na⁺＝10, 12 and tcBP/PEO at different temperatures. 102

Fig. 4.5. Nyquist plots of Na symmetric cell PEO with [EO]/Na⁺＝10, 12 and tcBP/PEO. 106

Fig. 4.6. Potential profiles of Na symmetric cell with tcBP/PEO and PEO solid polymer electrolytes... 107

Fig. 4.7. Potential profiles of Na symmetric cell with tcBP/PEO and PEO solid polymer electrolytes at the current density of 0.05 mA cm⁻². 108

Fig. 4.8. GCD profiles at different C-rate from 0.05 to 0.5 C of NVPF half cells with tcBP/PEO and pristine PEO. 111

Fig. 4.9. Cycle stabilities of NVPF half cells with tcBP/PEO and pristine PEO at 0.2 C and 0.5 C. 112

Fig. 5.1. Ionic conductivities of PEO/LiTFSI with 600k:100k＝from 1:0 to 1:3 at different temperatures. 115

Fig. 5.2. Ionic conductivities of PEO/LiTFSI with tcBP content from 0.0 to 5.0 wt% at different temperatures. 116

Fig. 5.3. Current-time plot of PEO and tcBP/PEO with constant potential of 10 mV. 119

Fig. 5.4. LSV profiles of PEO and tcBP/PEO electrolytes. 120

Fig. 5.5. Potential profiles of Li symmetric cell with tcBP/PEO and PEO solid polymer electrolytes at the current density of 0.1 mA cm⁻². 122

Fig. 5.6. GCD profiles of LFP half cell with tcBP/PEO and PEO at 0.1 C. 124

Fig. 5.7. Rate capabilities plots of LFP half cells with tcBP/PEO and pristine PEO at the... 125

Fig. 5.8. Cycle stabilities of LFP half cells with tcBP/PEO and pristine PEO at 0.5 C. 126

Fig. 5.9. GCD profiles from cycling test 0.5 C of LFP half cells with tcBP/PEO and pristine PEO. 127

초록보기

 고성능 및 고안정성 리튬 및 소듐이온 전지 수요의 증가에 따라 향상된 이온전도도 및 기계적 강도를 가지는 차세대 전해질 연구의 필요성이 요구되고 있다. 고분자 전해질은 고분자 구조체를 기반으로 하여 높은 유연성과 가공성 및 낮은 생산 비용의 장점을 가지고 있으며, 제한된 양의 액체 전해질을 포함하는 준고체 전해질과, 액체 전해질을 포함하지 않는 고체전해질의 형태로 개발되고 있다. 그러나 고분자 구조체 내에서의 이온 수송 메커니즘은 고분자의 분절운동에 의한 이온 호핑 현상에 기반 하는데, 이는 상온에서 낮은 이온전도도를 야기하는 한계를 가지고 있다. 이에 대한 연구개발 전략으로 폴리머와 리튬/소듐염 및 비활성/활성 필러로 구성된 복합 고분자 전해질이 개발되고 있다. 비활성 필러는 가소제의 역할을 하며 고분자 구조체의 결정성을 감소시켜 분절운동을 촉진하고, 활성 필러는 이에 더해 리튬/소듐 염과의 상호작용을 통해 이온 전달 통로로서 이온전도도를 높이는 역할을 한다. 그러나 이러한 방식의 복합 전해질 개발은 결정성 저하에 따른 기계적 강도의 감소 현상을 야기하며, 고분자 전해질의 내구성 및 배터리 셀에서의 수명 감소 문제로 이어질 수 있다. 따라서, 이 문제를 극복하고 이온 전도도와 기계적 강도 모두를 개선시키는 새로운 필러 개발이 요구된다.

본 연구에서는 고유한 특성을 가지는 활성 필러로서 표면 기능화 된 산화 흑린을 개발하였다. 오존 처리를 통해 소수층 흑린 표면에 산소 작용기가 도입 되었으며, 특수한 화학적 반응성을 활용하여 고분자 구조체와의 상호작용을 통한 결정성과 기계적 강도를 향상시키고, 소듐/리튬 이온과의 상호작용을 통한 이온 수송 촉진으로 복합 고분자 전해질의 이온전도도를 향상시키고자 하였다. 개발된 산화 흑린 활성 필러는 반고체 고분자 전해질에 도입되어 소듐 이온의 탈리/증착 균일화를 유도하였으며, 소듐이온 전지에 적용되어 에너지 저장 성능 및 사이클 수명의 향상에 효과적으로 기여하였다. 더 나아가, 산화 흑린 활성 필러는 소듐 고체 고분자 전해질에 도입되어 이온전도도 및 기계적 물성 향상에 기여하였으며, 리튬 고체 고분자 전해질에서도 성능 향상 효과를 보이며 다양한 시스템에서의 호환성 및 활용 가능성을 보였다. 본 연구의 결과는 차세대 에너지 저장장치를 위한 고분자 전해질 설계에서 이온전도도와 기계적 강도 사이의 상충 관계를 해결하며 효율적이고 내구성이 뛰어난 복합 고분자 전해질 개발의 가능성을 제시하였다.

추천서가 (다양한 추천 자료를 만나보세요)

권호기사보기

권호기사 목록 테이블로 기사명, 저자명, 페이지, 원문, 기사목차 순으로 되어있습니다.
기사명 저자명 페이지 원문 기사목차