탄소의 산처리 효과에 의한 리튬/공기 이차전지의 공기전극용 Pt-Ru/Mn3O4/C 촉매의 성능평가

초록

본 연구에서는 탄소지지체의 산처리에 의한 리튬/공기 이차전지 공기전극용 Pt-Ru/Mn3O4/C 촉매의 물성 변화 및 전기화학적 성능을 평가하였다. 가루형태의 탄소 중 표면적이 뛰어나고 기공 특성이 우수한 ketjen black을 산처리한것과 처리하지 않은 것을 사용하여 탄소지지체로 각각 사용하였다. 각각의 탄소지지체에 촉매물질을 공침법 및 함침법을 이용하여 최종적으로 Pt-Ru/Mn3O4/C로 합성하였다. 산처리는 소수성인 탄소지지체의 표면이 친수성 작용기를 갖게 하여 촉매담지과정 및 리튬/공기 이차전지의 공기전극으로 사용되었을 때 긍적적인 효과를 보기위해 진행하였다. 탄소지지체의 산처리에 의해 나타나는 물성의 변화를 XRD, SEM, TEM, FT-IR등으로 평가하였으며 전기화학적 성능의 변화를 충·방전 실험을 통해 확인하였다. 특히, FT-IR 분석을 통해, 탄소지지체의 산처리가 표면에 친수성 작용기를 형성하는 것을 확인하였으며, SEM과 TEM을 통해 합성된 촉매의 표면형상과 구조를 확인하였다. 전기화학적 분석결과 산처리를 하지 않은 Pt-Ru/Mn3O4/C 촉매가 더 우수한 특성을 나타내었으며, 산처리에 의해 탄소지지체의 기공구조가 무너짐에 따른 표면적 감소가 방전용량의 저하를 야기하는 것을 확인하였다.