철 금속의 전해용출 반응을 이용한 삼산화사철-이산화타이타늄 나노 복합체 제조에 관한 연구

초록

현재 상용화된 리튬 이차전지는 음극재로 graphite를 사용하고 있으며, 해당 소재가 지닌 낮은 용량은 전기자동차와 같이 높은 용량을 필요로 하는 분야로의 활용에 제약이 되고 있다. 이에 대하여 상대적으로 높은 용량을 가지는 전이 금속 산화물이 대체 소재로 주목받고 있으나, 충·방전 시 나타나는 큰 부피팽창률은 해결해야 할 문제로 남아있다. 이러한 문제를 극복하고자, 본 연구에서는 철 금속의 전해용출 반응을 이용하여 삼산화사철과 이산화타이타늄의 균일한 나노 복합체를 제조하는 연구를 수행하였다. 철 금속의 전해용출 반응으로 생성되는 삼산화사철 입자는 나노 단위의 구형 입자이며, 전해질에 첨가한 이산화타이타늄 입자와 물리적 흡착을 통해 나노 복합체를 형성함을 확인하였다. 생성되는 삼산화사철의 양은 입력되는 전력에 비례하며 5 mA cm-2 의 전류밀도에서 90 분간 반응 시, 약 100 mg의 삼산화사철 나노입자를 얻을 수 있음을 확인하였다. 전해용출 반응을 통해 매우 균일한 나노 복합체를 제조할 수 있음을 규명하기위해 단순혼합 방식으로 제조된 시료와 비교·분석하였으며 이때 나타나는 변화는 주사전자현미경(SEM)과 X선 회절 분석기(XRD)를 통하여 관찰하였다. 또한, 충·방전 싸이클 테스트를 진행하여 이산화타이타늄에 의한 부피변화 완충효과를 분석하였다.