산소 환원 및 발생 반응용 역오팔 구조의 NixCo9-xS8/NSC 전극 촉매의 합성 및 평가

초록

현재 전 세계적으로 화석연료의 고갈과 에너지 수요의 증가로 인한 환경문제로 친환경 에너지 변환 및 저장장치 개발이 강조된다. 차세대 전지인 아연-공기 전지는 높은 에너지 밀도와 안정성을 가진다. 하지만 4개의 전자가 반응에 관여하는 복잡한 메커니즘으로 인하여 반응속도가 매우 느려 셀의 성능과 상용화에 큰 영향을 미친다. 따라서 셀의 성능을 높이기 위해 고성능 양극용 촉매에 대한 연구개발이 필수적이다. 본 연구에서는 표면에 아민기를 도입한 실리카 구체와 코발트 전구체, 니켈 전구체, PVP를 함께 증류수에 넣고 교반한 용액을 건조하였다. 그 후 650℃, Ar 분위기에서 열처리하여 NiCo/NC를 합성한 뒤 실리카 구체를 제거하고, Thiourea와 함께 550℃, Ar 분위기에서 열처리 과정을 진행하여 역 오팔 구조의 탄소골격을 가지는 NixCo9-xS8/NSC 촉매를 합성하였다. SEM, TEM 분석을 통해 균일한 역 오팔 구조를 확인할 수 있었고 XRD, EDS, XPS, Raman 등의 물성 분석을 진행하여 해당 촉매가 성공적으로 합성되었음을 확인하였다. 또한 LSV, CV, EIS 등의 전기화학적 분석을 진행하여 우수한 활성을 가지는 전극촉매임을 확인하였고 마지막으로 아연-공기 전지를 구동하여 OCV, 전력 밀도, 장시간의 안정성 테스트 등에서 우수한 성능을 가짐을 확인하였다.