전기화학 반응을 이용한 그래핀-전이금속산화물 복합체 제조에 관한 연구

초록

현재 상용화된 리튬 이차전지의 상당수는 음극재로 흑연을 사용하고 있다. 흑연의 이론 용량은 372 mAh·g-1으로 최근 높은 에너지 밀도가 요구되는 전기 자동차(EV), 대용량 에너지 저장장치(ESS) 등에서의 활용이 제한적이다. 이에 대응하여 높은 이론 용량을 가지는 전이 금속 산화물이 대체제로 주목받고 있다. 하지만 충·방전 과정에서의 큰 부피 팽창률로 인한 전극의 급속한 열화 현상은 여전히 해결해야 할 과제로 남아있다. 본 연구에서는 위와 같은 문제를 해결하고자 전기화학적인 방법을 이용하여 그래핀에 철과 니켈의 전이 금속 산화물 복합체를 one-step으로 합성하는 연구를 수행하였다. 흑연을 양극, 백금을 음극으로 사용하는 2전극 시스템에서 단계적인 전압을 인가하면 박리현상에 의해 그래핀이 생성된다. 이때, 제타 전위 차이에 의해 니켈과 철 이온이 그래핀 표면으로 이동하여 그래핀-전이 금속 산화물 복합체를 형성한다. 박리된 그래핀 및 복합체 물질의 표면 구조를 주사전자현미경(SEM)을 통해 확인하였으며, X선 회절 분석기(XRD) 및 광전자 분광기(XPS) 분석을 통해 물질의 물리화학적 성질을 평가하였다.