| 초록 |
리튬-황 전지는 현재 상용화되어 쓰이는 리튬이온전지의 단점인 비교적 낮은 에너지밀도를 극복할 수 있는 차세대 전지로 각광받으며 학계 및 산업계에서의 연구개발이 활발이 진행되고 있다. 무게가 무거워 단위무게당 낼 수 있는 용량이 120~200 mAh/g 정도인 전이금속 산화물계 양극(LCO, NCM, NCA)에 반해 황을 양극재로 활용할 경우 이론적으로 최대 1675 mAh/g에 해당하는 매우 높은 전하량을 사용할 수 있게 된다. 또한 가격 측면에서도 황은 원유 정제 과정에서 탈황 공정을 통해 생산되는 산업 부산물의 하나로 매우 값싼 재료에 속하며, 이에 반해 코발트, 니켈 등 전이금속계 양극 원재료의 경우 매장량이 한정되어 있고 지리적 분포 또한 일부 지역에 편재되어 있어 가격 불안정성이 크다.<br /> 리튬-황 전지는 리튬과 황이 반응하여 리튬 설파이드(lithium sulfide, Li2S)를 생성하는 다음 그림1b의 전체 반응식 (1)을 통해 전기에너지를 생산하며(방전 과정), 충전 시에는 역반응이 일어난다. 전체 반응식은 이러하나, 보다 상세히는 S8 형태의 황이 리튬 이온과 전자를 받아 환원되면서 고리열림이 일어나고, 이렇게 생성된 리튬 폴리설파이드(Lithium Polysulfide, LiPS, Li2Sx, x=1~8) 중간체가 순차적으로 환원되며 길이가 짧아져 최종적으로 Li2S 형태가 되는 과정에서 에너지를 발생시킨다. 이처럼 리튬-황 전지는 그 독특한 전기화학적 충/방전 메커니즘에 기인하여(기존 리튬이온전지에서는 리튬 이온이 층상 구조 내로 삽입/탈리되는 반응에 의해 에너지 생성) 전지의 4대 소재 중 하나인 전해액(Electrolyte) 역시 기존 전해액과는 다른 요소들을 고려하여 설계되어야 한다. 이러한 내용을 바탕으로 본 보고서에서는 리튬-황 전지에서 사용되는 전해액의 구성 성분들에 대해 알아보고자 한다.<br /> <br /> ** 원문은 파일 다운받기를 해주세요 :-) |
