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리튬이온 배터리는 전기화학 에너지 저장 및 변환 기기에서 가장 높은 수준의 기술력을 기반으로 개발된 셀이며, 여전히높은 에너지 밀도와 충방전 안정성이 높아서 가장 매력적인 배터리의 부류로서 평가받고 있다. 최근 급속한 대형 에너지저장 응용시스템의 개발이 이루어지면서 기존의 그래파이트 전극을 대체하기 위한 새로운 음극물질의 개발이 요구되고 있다. 게르마늄과 실리콘은 이론적 에너지 용량이 높아서 다음 세대 리튬 배터리의 적합한 물질로 평가받고 있으며, 특히게르마늄은 실리콘에 비해 충방전에 따른 부피변화가 상대적으로 적고, 리튬이온의 동력학 거동이 용이하며, 높은 전기전도도 특성이 있다. 본 총설에서는 우선 리튬이온 배터리의 기본 원리를 소개하고, 배터리 특성을 최대한 발휘할 수 있는 이상적인 음극 물질의 구조와 특성을 살펴보고자 한다. 다음 세대 음극물질로 고려되고 있는 게르마늄 복합체가 어떻게 현재의리튬 배터리를 개선할 수 있을지를 논의하려고 한다. 그리고 최근 시도되고 있는 연구동향에 대한 소개를 끝으로 리튬이온배터리의 고에너지 밀도화에 대한 참고문헌이 될 수 있기를 바란다.

Lithium ion batteries (LIBs) are the state-of-the-art technology among electrochemical energy storage and conversion cells,and are still considered the most attractive class of battery in the future due to their high specific energy density, high efficiency,and long cycle life. Rapid development of power-hungry commercial electronics and large-scale energy storage applications(e.g. off-peak electrical energy storage), however, requires novel anode materials that have higher energy densitiesto replace conventional graphite electrodes. Germanium (Ge) and silicon (Si) are thought to be ideal prospect candidates fornext generation LIB anodes due to their extremely high theoretical energy capacities. For instance, Ge offers relatively lowervolume change during cycling, better Li insertion/extraction kinetics, and higher electronic conductivity than Si. In this focusedreview, we briefly describe the basic concepts of LIBs and then look at the characteristics of ideal anode materialsthat can provide greatly improved electrochemical performance, including high capacity, better cycling behavior, and ratecapability. We then discuss how, in the future, Ge anode materials (Ge and Ge oxides, Ge-carbon composites, and otherGe-based composites) could increase the capacity of today’s Li batteries. In recent years, considerable efforts have been madeto fulfill the requirements of excellent anode materials, especially using these materials at the nanoscale. This article shallserve as a handy reference, as well as starting point, for future research related to high capacity LIB anodes, especially basedon semiconductor Ge and Si.

권호기사

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기사명 저자명 페이지 원문 목차
탄소 나노튜브 주형물질에 의해 제조된 메조 세공 SAPO-34 촉매상에서 경질 올레핀으로의 DME 전환 반응 김영호, 강은지, 이동희, 김효섭, 최기환, 박주식 pp.34-40

고온 고압 스팀을 주입하는 SAGD 공정에서 FeOX 무기첨가제가 오일샌드 회수율에 미치는 영향 이철위, 송병진, 유난숙, 김지만 pp.113-115

입상활성탄에 의한 메타닐 옐로우 염료의 흡착에 대한 평형, 동력학 및 열역학 파라미터에 관한 연구 이종집 pp.96-102

과산화수소 정량을 위한 장미조직 함유 바이오센서의 전기화학 속도론적 고찰 유근배 pp.107-112

다음세대 리튬이온 배터리용 고에너지 밀도 게르마늄 음극 이재영, 조이 오콘, 이재광 pp.1-13

생활폐기물 성상변화에 따른 소각시설 바닥재의 특성 변화와 시멘트 클링커 원료로 재활용 가능성 평가 동종인, 이우찬, 신득철 pp.103-106

초음파환원법에 의해 제조된 Ag-TiO2의 항균 활성도 고찰 이상화, 정혜연 pp.84-89

토양오염 원인자 판단을 위한 항공유 분석 임영관, 정충섭, 한관욱, 장영주 pp.27-33

주사슬에 X-자 모양의 메소젠기를 갖는 액정폴리에스터의 합성 및 성질 방문수, 박종률, 조국영 pp.47-52

열 이력이 나일론66의 물성에 미치는 영향 김연철, 이봄이, 조찬우, 심창업, 임수정 pp.90-95

TTAB 수용액에서 p-할로겐화 페놀유도체들의 가용화에 대한 열역학적 연구 이병환 pp.20-26

TiO2/SiO2 박막 코팅에 의한 폴리카보네이트 특성 개선 이원규, 원동수 pp.41-46

석탄 바닥재의 물리적 성질에 따른 유황 고형화 성형물의 특성 최창식, 홍범의, 장은석, 최석순 pp.58-65

결정화 조작에 의한 Dimethylnaphthalene 이성체 혼합물 중의 2,6-dimethylnaphthalene의 분리 김수진, 강호철 pp.116-120

열전지용 FeS2 미세 분말의 제조 및 열적 안정성 이영석, 정해원, 조성백, 최유송, 유혜련 pp.72-77

Y 제올라이트 촉매 상에서 Endo-Tetrahydrodicyclopentadiene의 이성화 반응 전종기, 김진한, 김지윤, 박은서, 한정식, 권태수, 박영권 pp.66-71

PVDF를 포함한 고분자 블렌드와 탄소섬유/탄소나노튜브를 이용한 복합재료의 특성 김정호, 손권상, 이민호 pp.14-19

전기화학적 마이크로머시닝 기술을 이용한 균일한 니오븀 표면 에칭 연구 최진섭, 김경민, 유현석, 박지영, 신소운 pp.53-57

수정된 폴리올 방법을 적용하여 합성한 PtM 촉매들의 산소환원반응성 연구 권용재, 양종원, 현규환, 추천호 pp.78-83

참고문헌 (115건) : 자료제공( 네이버학술정보 )

참고문헌 목록에 대한 테이블로 번호, 참고문헌, 국회도서관 소장유무로 구성되어 있습니다.
번호 참고문헌 국회도서관 소장유무
1 Nature 네이버 미소장
2 Potential impact of climate change on world food supply 네이버 미소장
3 Climate change impacts on the biophysics and economics of world fisheries 네이버 미소장
4 United Nations World Commission on Environment and Development, Our common future [Brundtland Report], Oxford University Press, (1987). 미소장
5 Renewable energy project monitor 네이버 미소장
6 Electrical Energy Storage for the Grid: A Battery of Choices 네이버 미소장
7 What are batteries, fuel cells, and supercapacitors? 네이버 미소장
8 Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries 네이버 미소장
9 The Li-ion rechargeable battery: a perspective. 네이버 미소장
10 Rational design of anode materials based on Group IVA elements (Si, Ge, and Sn) for lithium-ion batteries. 네이버 미소장
11 Roles of nanosize in lithium reactive nanomaterials for lithium ion batteries 네이버 미소장
12 Building one-dimensional oxide nanostructure arrays on conductive metal substrates for lithium-ion battery anodes. 네이버 미소장
13 Nanostructured silicon anodes for lithium ion rechargeable batteries. 네이버 미소장
14 Nanostructured anode materials for Li-ion batteries 네이버 미소장
15 N. Nitta and G. Yushin, High-capacity anode materials for lithiumion batteries: Choice of elements and structures for active particles, Part. Part. Syst. Charact., DOI: 10.1002/ppsc.201300231. 미소장
16 Metal oxides and oxysalts as anode materials for Li ion batteries. 네이버 미소장
17 High capacity lithium ion battery anodes of silicon and germanium 네이버 미소장
18 Nanomaterials for energy conversion and storage. 네이버 미소장
19 H. Ikeda, T. Saito, H. Tamura, in Proc. Manganese Dioxide Symp. (eds A. Kozawa, R. H. Brodd), IC sample office, Cleveland, OH, 1975, Vol 1. 미소장
20 M. S. Whittingham, Chalcogenide battery, US Patent 4009052. 미소장
21 Lithium-Aluminum Electrode 네이버 미소장
22 B. C. H. Steele, Fast ion transport in solids (ed. W. Van Gool), North-Holland Amsterdam, (1973). 미소장
23 The birth of the lithium-ion battery. 네이버 미소장
24 K. Mizushima, P. C. Jones, P. J. Wiseman, and J. B. Goodenough, LixCoO2 (0 < x ≤ 1): A new cathode material for batteries of high energy density, Mater. Res. Bull., 15, 783-789 (1980). 미소장
25 Lithium insertion into manganese spinels 네이버 미소장
26 J. B. Goodenough, K. Mizushima, P. J. Wiseman, Electrochemical cell and method of making ion conductors for said cell, EP0017400B1 (1984). 미소장
27 Topochemical reactions of rutile related structures with lithium 네이버 미소장
28 A Cyclable Lithium Organic Electrolyte Cell Based on Two Intercalation Electrodes 네이버 미소장
29 W. van Schalkwijk and B. Scrosati, Advances in Lithium-ion batteries, Kluwer Academic/Plenum, Boston, USA (2004). 미소장
30 Challenges facing lithium batteries and electrical double-layer capacitors. 네이버 미소장
31 Nanocrystalline and Thin Film Germanium Electrodes with High Lithium Capacity and High Rate Capabilities 네이버 미소장
32 Electrochemical Characterizations of Germanium and Carbon-Coated Germanium Composite Anode for Lithium-Ion Batteries 네이버 미소장
33 Lithium-Ion (De)Insertion Reaction of Germanium Thin-Film Electrodes: An Electrochemical and In Situ XRD Study 네이버 미소장
34 In Situ TEM Experiments of Electrochemical Lithiation and Delithiation of Individual Nanostructures 네이버 미소장
35 Reversible nanopore formation in Ge nanowires during lithiation-delithiation cycling: an in situ transmission electron microscopy study. 네이버 미소장
36 In situ TEM electrochemistry of anode materials in lithium ion batteries 네이버 미소장
37 Anisotropic swelling and fracture of silicon nanowires during lithiation. 네이버 미소장
38 Ultrafast electrochemical lithiation of individual Si nanowire anodes. 네이버 미소장
39 Lithium fiber growth on the anode in a nanowire lithium ion battery during charging 네이버 미소장
40 Structural Changes in Silicon Anodes during Lithium Insertion/Extraction 네이버 미소장
41 In Situ XRD and Electrochemical Study of the Reaction of Lithium with Amorphous Silicon 네이버 미소장
42 L. Baggetto, E. J. M. Hensen, and P. H. L. Notten, In situ X-ray absorption spectroscopy of germanium evaporated thin film electrodes, Electrochim. Acta, 55, 7074-7079 (2010). 미소장
43 Study of Germanium as Electrode in Thin-Film Battery 네이버 미소장
44 On the electrochemistry of an anode stack for all-solid-state 3D-integrated batteries 네이버 미소장
45 Germanium nanotubes prepared by using the Kirkendall effect as anodes for high-rate lithium batteries. 네이버 미소장
46 Tough germanium nanoparticles under electrochemical cycling. 네이버 미소장
47 Size-dependent fracture of silicon nanoparticles during lithiation. 네이버 미소장
48 Surface-stabilized amorphous germanium nanoparticles for lithium-storage material. 네이버 미소장
49 A high-rate germanium-particle slurry cast Li-ion anode with high Coulombic efficiency and long cycle life 네이버 미소장
50 Investigation of the Solid Electrolyte Interphase Formed by Fluoroethylene Carbonate on Si Electrodes 네이버 미소장
51 Exceptional electrochemical performance of Si-nanowires in 1,3-dioxolane solutions: a surface chemical investigation. 네이버 미소장
52 Storage of Lithium in Hydrothermally Synthesized GeO2 Nanoparticles. 네이버 미소장
53 Y. Son, M. Park, Y. Son, J.-S.Lee, J.-H. Jang, Y. Kim, and J. Cho, Quantum confinement and its related effects on the critical size of GeO2 nanoparticles anodes for lithium batteries, NanoLett., DOI: 10.1021/nl404466v. 미소장
54 Tetragonal phase germanium nanocrystals in lithium ion batteries. 네이버 미소장
55 Nanostructured ion beam-modified Ge films for high capacity Li ion battery anodes 네이버 미소장
56 Ion beam-mixed Ge electrodes for high capacity Li rechargeable batteries 네이버 미소장
57 Flexible dimensional control of high-capacity Li-ion-battery anodes: from 0D hollow to 3D porous germanium nanoparticle assemblies. 네이버 미소장
58 Mesoporous germanium as anode material of high capacity and good cycling prepared by a mechanochemical reaction 네이버 미소장
59 Amorphous hierarchical porous GeO(x) as high-capacity anodes for Li ion batteries with very long cycling life. 네이버 미소장
60 A Ge inverse opal with porous walls as an anode for lithium ion batteries 네이버 미소장
61 3D ordered macroporous germanium fabricated by electrodeposition from an ionic liquid and its lithium storage properties 네이버 미소장
62 C. K. Chan, X. F. Zhang, and Y. Cui, High capacity Li ion battery anodes using Ge nanowires, NanoLett., 8, 307-309 (2011). 미소장
63 Solution-grown germanium nanowire anodes for lithium-ion batteries. 네이버 미소장
64 Template-free preparation of crystalline Ge nanowire film electrodes via an electrochemical liquid-liquid-solid process in water at ambient pressure and temperature for energy storage. 네이버 미소장
65 Synthesis of Tin Catalyzed Silicon and Germanium Nanowires in a Solvent-Vapor System and Optimization of the Seed/Nanowire Interface for Dual Lithium Cycling 네이버 미소장
66 Giant intrinsic carrier mobilities in graphene and its bilayer. 네이버 미소장
67 Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene 네이버 미소장
68 Facile synthesis of germanium-graphene nanocomposites and their application as anode materials for lithium ion batteries 네이버 미소장
69 Germanium–graphene composite anode for high-energy lithium batteries with long cycle life 네이버 미소장
70 Electrochemical Lithiation of Graphene-Supported Silicon and Germanium for Rechargeable Batteries 네이버 미소장
71 High-Yield Gas-Phase Laser Photolysis Synthesis of Germanium Nanocrystals for High-Performance Photodetectors and Lithium Ion Batteries 네이버 미소장
72 D. Lv, M. L. Gordin, R. Yi, T. Xu, J. Song, Y.-B. Jiang, D. Choi, and D. Wang, GeOx/reduced graphene oxide composite as an anode for Li-ion batteries: Enhanced capacity via reversible utilization for Li2O along with improved rate performance, Adv. Funct. Mater., DOI: 10.1002/adfm.201301882. 미소장
73 Synthesis of hollow GeO2 nanostructures, transformation into Ge@C, and lithium storage properties 네이버 미소장
74 Copper germanate nanowire/reduced graphene oxide anode materials for high energy lithium-ion batteries 네이버 미소장
75 In situ grown graphene-encapsulated germanium nanowires for superior lithium-ion storage properties 네이버 미소장
76 Growth of the vertically aligned graphene@ amorphous GeOx sandwich nanoflakes and excellent Li storage properties 네이버 미소장
77 H. Yin, J. Luo, P. Yang, and P. Yin, Aqueous solution synthesis of reduced graphene oxide-germanium nanoparticles and their electrical property testing, Nanoscale Res. Lett., 8, 422 (2013). 미소장
78 Alkanethiol-passivated ge nanowires as high-performance anode materials for lithium-ion batteries: the role of chemical surface functionalization. 네이버 미소장
79 Self-assembled germanium/carbon nanostructures as high-power anode material for the lithium-ion battery. 네이버 미소장
80 Binder-free Ge nanoparticles-carbon hybrids for anode materials of advanced lithium batteries with high capacity and rate capability. 네이버 미소장
81 Improving the electrode performance of Ge through Ge@C core-shell nanoparticles and graphene networks. 네이버 미소장
82 A unique sandwich-structured C/Ge/graphene nanocomposite as an anode material for high power lithium ion batteries 네이버 미소장
83 Catalytic role of Ge in highly reversible GeO2/Ge/C nanocomposite anode material for lithium batteries. 네이버 미소장
84 Germanium nanowires-based carbon composite as anodes for lithium-ion batteries 네이버 미소장
85 Hierarchically porous germanium-modified carbon materials with enhanced lithium storage performance. 네이버 미소장
86 Germanium–single-wall carbon nanotube anodes for lithium ion batteries 네이버 미소장
87 Hybrid Germanium Nanoparticle-Single-Wall Carbon Nanotube Free-Standing Anodes for Lithium Ion Batteries 네이버 미소장
88 R. A. DiLeo, M. J. Ganter, M. N. Thone, M. W. Forney, J. W. Staub, R. E. Rogers, and B. J. Landi, Balanced approach to safety of high capacity silicon-germanium-carbon nanotube free-standing lithium ion battery anodes, Nano Energy, 2, 268-275 (2013). 미소장
89 Carbon nanotubes for lithium ion batteries 네이버 미소장
90 Entangled Germanium Nanowires and Graphite Nanofibers for the Anode of Lithium-Ion Batteries 네이버 미소장
91 Comparison of Si/C, Ge/C and Sn/C composite nanofiber anodes used in advanced lithium-ion batteries 네이버 미소장
92 Electrochemical characteristics of a Si/Ge multilayer anode for lithium-ion batteries 소장
93 Electrochemical properties of Si–Ge–Mo anode composite materials prepared by magnetron sputtering for lithium ion batteries 네이버 미소장
94 Electrochemical characterizations of multi-layer and composite silicon–germanium anodes for Li-ion batteries using magnetron sputtering 네이버 미소장
95 Si/Ge double-layered nanotube array as a lithium ion battery anode. 네이버 미소장
96 Cu–Si1−xGex core–shell nanowire arrays as three-dimensional electrodes for high-rate capability lithium-ion batteries 네이버 미소장
97 Nanostructured Si(₁-x)Gex for tunable thin film lithium-ion battery anodes. 네이버 미소장
98 Tailoring lithiation behavior by interface and bandgap engineering at the nanoscale. 네이버 미소장
99 Synthesis of NixSiy-SiGe core-shell nanowire arrays on Ni foam as a high-performance anode for Li-ion batteries 네이버 미소장
100 The crystal structure of Li 15 Ge 4 네이버 미소장
101 The effect of Cu addition on Ge-based composite anode for Li-ion batteries 네이버 미소장
102 Structural properties of lithium thio-germanate thin film electrolytes grown by radio frequency sputtering. 네이버 미소장
103 Cu–Ge core–shell nanowire arrays as three-dimensional electrodes for high-rate capability lithium-ion batteries 네이버 미소장
104 Lithium storage capability of CuGeO3 nanorods 네이버 미소장
105 Ge–Cu nanoparticles produced by inert gas condensation and their application as anode material for lithium ion batteries 네이버 미소장
106 R. Alcantara, M. Tillard-Charbonnel, L. Spina, C. Belin, and J. L. Tirado, Electrochemical reactions of lithium with Li2ZnGe and Li2ZnSi, Electrochim. Acta, 47, 1115-1120 (2002). 미소장
107 Electrochemical behavior of Ge and GeX 2 (X = O, S) glasses: Improved reversibility of the reaction of Li with Ge in a sulfide medium 네이버 미소장
108 The role of in situ generated nano-sized metal particles on the coulombic efficiency of MGeO 3 (M = Cu, Fe, and Co) electrodes 네이버 미소장
109 C.-M. Hwang and J.-W. Park, Electrochemical characterization of a Ge-based composite film fabricated as an anode material using magnetron sputtering for lithium ion batteries, Thin Solid Films, 518, 6590-6597 (2010). 미소장
110 Low-cost and large-scale synthesis of alkaline earth metal germanate nanowires as a new class of lithium ion battery anode material 네이버 미소장
111 Highly conductive and strain-released hybrid multilayer Ge/Ti nanomembranes with enhanced lithium-ion-storage capability. 네이버 미소장
112 Germanium sulfide(II and IV) nanoparticles for enhanced performance of lithium ion batteries. 네이버 미소장
113 Highly reversible lithium storage in hierarchical Ca2Ge7O16 nanowire arrays/carbon textile anodes. 네이버 미소장
114 Rapid fabrication of a novel Sn–Ge alloy: structure–property relationship and its enhanced lithium storage properties 네이버 미소장
115 Germanium-tin alloy nanocrystals for high-performance lithium ion batteries. 네이버 미소장

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