순환전압전류법을 통한 다공성 타이타니아 나노튜브 내 삼산화몰리브덴 도금에 관한 연구

초록

긴 종횡비의 자가정렬된 구조를 갖는 타이타니아 나노튜브 구조는 양극산화를 통해 쉽게 제조가 가능하다. 이러한 구조적 특성과 함께 타이타니아 나노튜브는 넓은 표면적과 강한 내화학성과 광촉매적 촉매능을 가져 가스 센서, 에너지 저장, 태양 전지 등 다양한 분야에서 연구되어 왔다. 타이타니아 나노튜브 기반의 LIB 음극재는 리튬 대비 높은 전위 값 (1.7 V vs. Li/Li+)을 가져 충·방전 중 Li dendrite와 SEI layer를 형성하지 않아 전해질의 손실 없이 안전하고 빠른 사용이 가능하며 사이클에 따른 부피 변화가 매우 작아(?3%) 활물질의 손실을 방지, 긴 시간 안정적인 충·방전이 가능하다. 그러나 타이타니아 자체로는 저조한 이온전도성과 전기전도성, 배터리 용량(174 mAh/g) 등의 한계를 가져, 높은 전도성과 큰 배터리 용량을 갖는 물질과의 하이브리드를 형성하여 한계를 극복하고자 하는 연구가 다수 진행되었다. 순환전압전류법은 일정 범위의 전압을 순환시키며 인가하는 방법으로 순환 속도, 전위 범위, 순환 횟수에 따라 다양한 적용이 가능한 방법이다. 이에 본 연구에서는 순환전압전류법을 응용하여, 높은 이론 용량과 전도성을 갖는 삼산화몰리브덴(MoO3: 1,111 mAh/g)을 타이타니아 나노튜브의 기공 내에 도금하는 연구를 수행하였다. 일정한 농도의 삼산화몰리브덴 전구체 전해질에서 순환 전압 사이클 횟수를 달리 하였을 때 나타나는 표면의 구조적 특성과 전도성의 차이를 주사전자현미경(SEM), 광전자분광기(XPS), 전기화학 임피던스 분광법(EIS) 등을 이용하여 비교·분석 하였다.