Synthesis of nano-Sn/C microsphere templated by microalgae and its application to LIBs

Abstract

석탄연료의 고갈과 지구온난화의 문제가 대두되면서, 대체에너지와 이차전지는 이에 대한 해결책으로 각광받고 있다. 특히, 리튬이차전지는 차세대 전기자동차와 에너지저장시스템을 위한 연구가 활발하게 진행 중이다. 이에 따라, 높은 가역용량과 안정성을 가지는 기존의 그래파이트 음극활 물질을 개선할 수 있는 물질의 개발이 필요하다. 주석은 그래파이트의 3배에 달하는 이론 가역용량을 가지고 가격 경쟁력의 우위를 가지는 물질로 주목 받고 있다. 그러나, 충/방전 공정에서 주석의 부피 팽창은 주석 입자의 균열을 일으켜 사이클특성의 저하를 일으킨다. 이에 탄소 매트릭스를 사용하여, 주석/탄소 복합체를 통해 부피 팽창을 완화하고 사이클특성의 저하를 개선할 수 있다. 본 연구에서는, 지질 추출을 하고 난 후의 미세조류 잔여물을 탄소 매트릭스로 사용하여 주석/탄소 마이크로 구형입자를 제조하는 것을 목적으로 한다. 클로로포름을 이용하여 미세조류로부터 지질을 추출하고, 수열합성법을 이용하여 미세조류의 잔여물과 염화주석을 이용하여 주석/탄소 마이크로 구형입자를 합성하였다. 그 결과, 지방산 분석을 통해 팔미트산 (24.3 %), 올레산 (22.3 %), 리놀레산 (22.6 %)을 주성분으로 하는 지질이 추출되었음을 확인할 수 있었다. 미세조류 잔여물을 템플릿으로 제조된 주석/탄소 마이크로 구형입자에 있어서, 주석 나노입자가 미세조류 잔여물에 고르게 분포되었음을 TEM, FIB 이미지를 통해 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라, 제조된 주석/탄소 마이크로 구형입자 모두 150 사이클 이후에도 99.1 % 이상의 쿨롱효율을 가짐을 보였다. 하지만, 408 mA h g-1의 가역용량과 83.18 %의 capacity retention을 가진다. 이는 차세대 전기자동차와 에너지저장시스템을 위한 음극활 물질로써 충분하지 않은 전기화학적 특성을 나타내는 것으로 차후의 전기화학적 특성, 특히 rate performance와 관련하여 성능의 개선이 필요로 된다.