금속 촉매 열분해로 합성된 다공성 Ag-rGO 구조체의 리튬 금속전지 적용

초록

현재 상용화된 리튬 이차전지는 대부분 음극재로 흑연을 사용하고 있지만, 흑연의 372 mAh/g이라는 낮은 이론 용량은 전기자동차, 휴대용 전자기기 등 높은 에너지밀도를 요구하는 분야로의 응용에 한계가 있다. 이에 대한 방안으로 가볍고, 낮은 전기화학적 반응 전위(-3.04 V vs SHE.)를 가지며, 3860 mAh/g의 높은 이론 용량을 가지는 리튬 금속 소재가 차세대 배터리 음극소재로 주목받고 있다. 하지만, 충·방전 과정에서 리튬 금속 표면에서 성장하는 덴드라이트 구조는 내부 단락과 dead-Li을 유발하여 수명특성을 열화시키는 문제가 있다. 따라서, 이를 해결하기 위해 전류의 집중을 분산시켜 균일한 리튬 금속 도금을 유도하는 lithiophilic 3D 구조체를 개발하는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 리튬 금속 음극의 덴드라이트 형성으로 인한 성능 저하를 완화하기 위해 lithiophilic 금속인 Ag를 활용하여 Ag-rGO 구조체 합성하였다. Hummer’s method를 통하여 만든 그래핀 산화물을 질산은과 균일하게 섞은 후, 환원제와 분산액을 넣고 반응시켰다. 합성된 반응물을 다양한 온도 조건으로 공기 분위기 하에서 열처리함으로써 Ag-rGO 구조체를 합성하였다. 가열 시간과 온도 조건에 따라 다르게 형성된 다공성 구조를 주사전자현미경(SEM)을 통해 관찰하였으며, 에너지 분산형 X선 분광법(EDX)과 X선 회절 분석법(XRD)을 통해 정성분석을 진행하였다. 또한, 합성된 Ag-rGO 구조체를 리튬 금속 전지의 음극으로 사용하여 전기화학적 평가를 진행하였다.