전기화학적 박리 그래핀/유리섬유 일체형 유연 전극 제조 연구

초록

최근 전기 자동차(Electric Vehicle; EV) 및 대용량 에너지 저장장치(Energy Storage System; ESS) 시장이 급격히확대함에 따라 높은 에너지 밀도를 가지는 리튬 이차전지의 개발이 요구되고 있다. 현재 상용화된 대부분의 리튬 이차전지용 전극은 활물질을 도전재 및 바인더와 함께 혼합하여 사용하고 있다. 흑연은 372 mAh/g의 낮은 이론 용량을 가지며 바인더 및 도전재와 함께 사용됨으로써 용량 활용도가 제한적이다. 따라서 흑연보다 비표면적이 넓고, 전기전도성이 우수한 그래핀이 차세대 음극재로 주목받고 있다. 하지만 양질의 그래핀을 제조하기 위한 높은 단가가 해결해야 할 과제로 남아있다. 이에 본 연구에서는 전기화학적 박리 방법을 이용하여 값싼 흑연으로부터 양질의 그래핀을 얻을 수 있는 연구를 수행하였다. 흑연을 양극, 백금을 음극으로 사용하는 2전극 시스템에서 단계적인 전압을 인가하여 이온을 층간 삽입시켰고, 이후 효과적인 박리현상을 통해 그래핀을 제조한다. 제조된 그래핀은 분리막으로 사용되는 유리섬유에 직접 흡착시켜 불필요한 바인더와 도전재의 사용 없이 분리막 일체형 전극을 제조하였다. 투과전자현미경(TEM)과 라만분광기(Raman spectra)를 사용하여 그래핀의 구조적 특성을 분석하였으며, 박리된 그래핀과 분리막 일체형 전극의 표면 구조는 주사전자현미경(SEM)을 통해 확인하였다. 이후 제조된 전극의 반쪽전지 정전류 시험법을 통해 그래핀의 충방전 성능을 확인하였다.