배터리기술 (33) 썸네일형 리스트형 전도성 고분자 슈퍼커패시터의 사이클 안정성 향상 방법 전도성 고분자의 산화환원 메커니즘과 구조적 열화 원인전도성 고분자는 π-conjugated 구조를 통해 높은 전기전도도와 빠른 산화환원 반응을 보이지만, 반복적인 충방전 과정에서 구조적 변화로 인한 성능 저하가 주요 문제로 대두됩니다. 폴리아닐린(PANI)의 경우, 중성 상태인 leucoemeraldine base에서 완전 산화된 pernigraniline까지 다단계 산화환원이 일어나며, 이 과정에서 quinoid 구조와 benzenoid 구조 사이의 전환이 반복됩니다. 이러한 구조 전환은 고분자 사슬의 기하학적 변화를 수반합니다. Emeraldine salt 상태에서 PANI의 사슬 길이는 중성 상태보다 약 15% 짧아지며, 이는 quinoid ring의 형성에 따른 결과입니다. 분자동역학 시뮬레이션.. 그래핀 기반 슈퍼커패시터 전극의 적층 구조 제어 기술 그래핀 시트 간 반데르발스 상호작용과 재적층 현상 분석그래핀 기반 전극 제조 과정에서 가장 큰 도전 중 하나는 개별 그래핀 시트들이 강한 π-π 상호작용을 통해 재적층되어 흑연과 유사한 구조로 되돌아가는 현상입니다. 이론적으로 단일층 그래핀은 2630 m²/g의 거대한 이론적 표면적을 가지지만, 실제 전극 제조 시에는 층간 반데르발스 힘(약 2-5 mJ/m²)에 의해 시트들이 서로 결합하여 유효 표면적이 크게 감소합니다. 그래핀 옥사이드(GO)에서 환원된 그래핀(rGO)으로의 변환 과정에서 이러한 재적층은 더욱 심화됩니다. 산소 작용기들이 제거되면서 그래핀 시트의 소수성이 증가하고, 동시에 표면 에너지가 상승하여 열역학적으로 적층이 유리해집니다. X선 회절 분석에서 GO의 특성 피크인 10-12° (층간.. 활성탄 전극재료의 표면적 극대화를 위한 활성화 공정 최적화 활성화 공정의 열역학적 원리와 탄소 구조 변화활성탄의 표면적 극대화는 탄소 전구체 내부의 무정형 탄소 구조를 선택적으로 제거하여 미세기공(micropore)과 중기공(mesopore)을 형성하는 복잡한 열화학적 과정입니다. 이 과정에서 일어나는 주요 반응은 탄소와 활성화 가스 사이의 산화-환원 반응으로, 대표적인 반응식은 다음과 같습니다: C + CO₂ → 2CO (Boudouard reaction, ΔH = +172 kJ/mol) C + H₂O → CO + H₂ (Water-gas reaction, ΔH = +131 kJ/mol)이러한 반응들은 모두 강한 흡열반응으로, 높은 온도에서 열역학적으로 유리해집니다. 특히 800-1000°C 범위에서 반응 평형이 생성물 쪽으로 크게 이동하며, 이때 탄소 원자들.. 듀얼 이온 배터리의 음이온 삽입 반응 효율 향상 기술 듀얼 이온 배터리의 비대칭 충방전 메커니즘과 동역학적 특성듀얼 이온 배터리(Dual-Ion Battery, DIB)는 기존의 로킹 체어(rocking chair) 메커니즘과는 근본적으로 다른 작동 원리를 갖습니다. 충전 과정에서 음극에는 양이온(주로 Li⁺)이 삽입되는 반면, 양극에는 음이온(ClO₄⁻, PF₆⁻, TFSI⁻ 등)이 삽입되는 독특한 구조를 보입니다. 이러한 비대칭적 이온 저장 방식은 전해질의 양이온과 음이온을 모두 활용할 수 있어 높은 에너지 밀도를 달성할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 음이온 삽입 반응의 동역학은 양이온 삽입과 비교해 현저히 다른 특성을 보입니다. 대부분의 음이온들은 양이온보다 훨씬 큰 이온 반경을 가지므로 호스트 재료의 격자 구조 내에서의 확산이 제한적입니다. 예.. 칼륨이온 배터리용 프러시안 블루 양극재의 결정구조 안정성 프러시안 블루 화합물의 분자 설계와 3차원 개방형 골격 구조프러시안 블루 계열 화합물(Prussian Blue Analogues, PBAs)은 A_x[B(CN)₆]_y·nH₂O의 일반적인 화학식을 갖는 시안화물 기반의 금속-유기 골격체입니다. 여기서 A와 B는 각각 다른 산화 상태를 가진 전이금속 이온이며, 시아나이드 리간드(-CN)가 이들을 연결하여 3차원 입방 격자를 형성합니다. 이러한 구조에서 가장 주목할 만한 특징은 약 4.6Å 크기의 정사면체 공동(tetrahedral cavity)과 3.2Å 크기의 팔면체 공동(octahedral cavity)이 교대로 배열되어 있다는 점입니다. 칼륨이온 배터리 응용에서 가장 널리 연구되는 조성은 K_x[Fe^III Fe^II(CN)₆] 형태로, 저스핀(low.. 아연이온 배터리 수계 전해질의 아연 덴드라이트 억제 첨가제 수계 아연이온 배터리의 전해질 시스템과 덴드라이트 형성 원리수계 아연이온 배터리(Aqueous Zinc-ion Battery, AZIB)는 물을 기반으로 한 전해질을 사용하는 친환경적인 에너지 저장 시스템입니다. 아연 금속 음극에서 충전 과정 중 Zn²⁺ 이온이 환원되어 아연 금속으로 석출되는데, 이때 불균일한 전기장 분포와 국부적인 전류 밀도 차이로 인해 덴드라이트라 불리는 나무 가지 모양의 결정 성장이 발생합니다. 아연 덴드라이트 형성 메커니즘은 전기화학적 결정화 이론에 기반합니다. 초기 성핵 단계에서 아연 표면의 거칠기나 결함 부위에서 우선적으로 아연 원자들이 석출되기 시작하며, 이러한 초기 성장점들이 전기장을 집중시켜 더 많은 아연 이온을 끌어들이게 됩니다. Butler-Volmer 방정식에 따르.. 알루미늄이온 배터리 흑연 음극재의 층간 삽입 메커니즘 분석 알루미늄이온 배터리의 전기화학적 특성과 작동원리알루미늄이온 배터리(Aluminum-ion Battery, AIB)는 차세대 에너지 저장 기술로 주목받고 있는 새로운 형태의 이차전지입니다. 기존의 리튬이온 배터리와 달리, 알루미늄이온을 전하 운반체로 사용하는 이 배터리 시스템은 몇 가지 독특한 전기화학적 특성을 보입니다. 알루미늄이온은 3가 이온(Al³⁺)으로, 리튬이온(Li⁺)보다 높은 전하를 가지고 있어 이론적으로 더 높은 에너지 밀도를 제공할 수 있습니다. 또한 알루미늄은 지각에서 세 번째로 풍부한 원소로, 자원 확보의 안정성과 경제성 측면에서 우수한 장점을 가지고 있습니다. 배터리의 작동 과정에서 알루미늄 금속 양극에서는 Al³⁺ 이온이 생성되고, 이 이온들이 전해질을 통해 음극으로 이동하여 전기화.. 리튬-황 배터리에서 다황화리튬 셔틀 효과 억제를 위한 격리막 개발 황의 배신: 꿈의 소재가 문제의 근원이 된 아이러니황은 완벽한 배터리 소재처럼 보였다. 지구상에서 16번째로 풍부한 원소로 석유 정제의 부산물로 나오니 사실상 공짜다(톤당 100달러). 이론 용량은 1672mAh/g로 리튬이온 배터리 양극재의 5배 수준이다. 게다가 무독성에 환경친화적이다. 2009년경부터 리튬-황(Li-S) 배터리 연구가 폭발적으로 늘어난 이유다. 하지만 황은 곧 연구자들을 절망시켰다. 방전 과정에서 황(S₈)이 순차적으로 환원되면서 Li₂S₈, Li₂S₆, Li₂S₄, Li₂S₂, Li₂S 등 다양한 다황화리튬(lithium polysulfide, LiPS)을 만든다. 문제는 이 중간 생성물들이 에테르 전해액에 잘 녹는다는 점이다. 마치 설탕이 물에 녹듯이 말이다. 녹아 나온 다황화리.. 이전 1 2 3 4 5 다음
