빠른 충전속도과 안정된 사이클을 가진 리튬이온 배터리용 RGO@TiO2

초록

현재 리튬이온 배터리 분야에서 상용화 되어있는 그래파이트 (graphite)는 낮은 용량 및 리튬과 반응에서 덴드라이트 (dendrite)가 형성된다는 단점을 가지고 있다. 따라서 이를 대체할 새로운 음극재 개발이 진행되고 있다. 그 중 타이타니아는 그래파이트의 단점을 보완할 뿐만 아니라, 화학적 및 물리적으로 안정하며 제조과정의 값이 싸다는 장점이 있다. 이에 따라 본 연구진은 나노튜브 구조에 비해 3배 정도 높은 용량이 구현되는 타이타니아 마이크로콘 (microcone) 구조를 합성하여 리튬이온 배터리의 음극재에 적용시킨 바가 있다. 그러나 타이타니아는 반응전위가 다소 높고, 용량이 작다는 단점이 존재한다. 이번 연구에서 이를 보완하기 위해 타이타니아 마이크로콘에 그래핀 옥사이드 (GO)를 코팅 시킨 후 이를 환원시킨 그래핀 옥사이드 (RGO)를 제조하였다. SEM 사진을 통해서 환원시킨 후에도 마이크로콘의 구조적 변형은 일어나지 않았음을 알 수 있었고, TEM 사진을 통해 RGO의 모습을 확인할 수 있었다. 리튬이온 배터리의 성능평가를 위해 정전류 충방전법과 순환전압 주사법 등이 진행하였다. 빠른 속도 (10 C)로 1000 사이클의 충방전에도 불구하고 평균 157 mAh g-1로 사이클 안정성을 구현하였으며, 일반 마이크로콘에 비해 약 1.5배 정도 높은 용량을 보여주었다.