유기물 필러를 활용한 흑연 산화물 구조체의 제조 및 리튬-황 전지 양극재로서의 활용

Abstract

본 연구에서는 가교결합을 활용하여 흑연 산화물 구조체의 그래핀층 사이에 유기 필러 삽입에 성공하였으며, 이를 리튬-황 전지의 3차원 양극재로 활용하여 전지의 충∙방전 효율을 향상할 수 있었다. 리튬-황 전지의 가장 고질적인 문제인 다황화물의 용출 및 왕복 효과를 효과적으로 제어함으로써, catholyte 없이 60 cycle 이상 우수한 용량을 구현할 수 있었다. 유기 필러가 없는 순수 흑연 산화물에 비하여, 유기 필러가 있는 흑연산화물은 낮은 충∙방전 과전압의 우수한 산화 환원 가역 반응성을 보였으며, 이는 리튬 이온의 우수한 확산과 함께 다황화물의 용출을 억제함으로써 가역적으로 구현이 가능한 특성임을 확인하였다.

We successfully made covalent crosslinking of organofiller between interlayers of graphene oxide frameworks (GOFs), a three-dimensional structure of which was used as cathode materials for increasing the efficiency of lithium-sulfur batteries. The vexing problems of polysulfide dissolution and shuttling effect in lithium-sulfur batteries were effectively addressed by the GOFs, showing an excellent specific capacity for 60 cycles. Compared with pristine GOs without organofiller, the GOFs exhibit reversible redox reactions with low overpotentials during discharging and charging processes. We confirmed that these reversible electrochemical reactions might be attributed to the great kinetic properties of the GOFs to prevent the polysulfide dissolution.