빠른 충전속도과 안정된 사이클을 가진 리튬이온 배터리용 RGO가 코팅된 타이타니아 마이크로콘

초록

수많은 시장에서 리튬이온 배터리의 사용이 증가함에 따라, 안정성, 수명, 용량, 빠른 충방전능력에 대한 요구가 증가하고 있다. 현재 리튬이온 배터리에 상용화된 그래파이트는 빠른 충방전시 덴드라이트가 생성되는 위험을 여전히 지니고 있다. 타이타니아는 전해질이 분해되지 않으며 적절한 구동전압을 가지고 있어 상당히 매력적인 대체 후보군 중 하나이다. 이에 따라 본 연구진은 타이타니아 마이크로콘 구조를 합성하여 타이타니아 나노튜브보다 3배 정도 높은 용량을 리튬이온 배터리에 적용시킨 바가 있다. 하지만, 높은 용량에도 불구하고, 타이타니아 자체의 낮은 이론 용량과 전도성을 극복할 수는 없었다. 이번 연구에서는 에너지 밀도와 높은 전도성을 가진 GO (graphene oxide)를 마이크로콘 표면에 전기 영동법으로 코팅하였으며, GO의 산소작용기가 이온 전도성을 떨어뜨리기에, 이를 환원한 RGO (reduced graphene oxide)를 제조하였다. 일반적인 GO 환원방법인 수열 환원, 아르곤 (또는 수소) 분위기에서 열처리 등은 타이타니아 표면의 다량의 산소로 인해 효과적이지 않았으며, 가장 효과적인 GO의 환원 방법은 1 사이클의 순환전류법이었다. 라만 분석법을 통해 효과적으로 RGO로 환원되었음을 알 수 있었으며, SEM 사진을 통해서 환원시킨 후에도 마이크로콘의 구조적 변형은 일어나지 않았음을 알 수 있었다. 리튬이온 배터리의 성능평가를 위해 정전류 충방전법과 순환전압 주사법 등이 진행하였다. 그 결과, 빠른 속도 (10 C)로 1000 사이클의 충방전에서 평균 157 mAh g-1로 좋은 안정성을 보여주었다.