In order to prevent the progression of global warming caused by extreme carbon emissions, batteries, which are eco-friendly energy storage devices, have recently been adopted to various transports. Lithium-sulfur batteries has an advantage of high energy density (1675 mAh gs-1), so it is motivated to be used at various transportations. Accordingly, in order to be applied to the transportations, a wider range of temperature driving is emerging as an important factor. However, due to the formation of the lithium polysulfide clustering in the cathode, the discharge capacity is degraded and the instability of Li as the anode is increased, thereby degrading energy density and stable operation is difficult. Therefore, in this study, by introducing nitrate (NO3-) salt with high affinity toward lithium ions, the formation of lithium polysulfide clustering was suppressed and the reversibility of Li anode was improved. As a result, designing high energy-density lithium-sulfur batteries in a low temperature was possible. In order to verify the amended performances, experiments were conducted in a pouch cell, and it was confirmed that the pouch cell was able to stably driven for 100 cycles and energy density was improved.
급격한 탄소 배출로 인한 지구 온난화의 진행을 막기 위해 최근에 다양한 운송체에 친환경 에너지 저장 장치인 배터리가 접목이 되고 있다. 리튬황전지 역시 높은 단위 무게당 에너지 밀도 (1675 mAh gs-1)의 장점을 지녀 운송체에 접목이 되어 활용하려는 움직임을 보이고 있다. 이에 따라, 운송체에 적용되기 위해서 더 넓은 범위의 온도 구동성이 운송체 탑재 가능성 여부에 중요한 인자로 떠오르고 있다. 하지만, 양극에서의 리튬 폴리설파이드 군체 형성으로 인한 방전 용량의 저하와 음극인 Li의 불안정성 증가로 인해 에너지 밀도가 크게 저해되고 안정적인 구동이 어렵다는 문제점이 발생한다. 따라서, 본 연구에서는 리튬 이온에 큰 친화성을 지니는 나이트레이트 (NO3-) 염의 도입을 통해 리튬 폴리설파이드의 군체 형성을 억제하고 음극의 가역성을 향상시켜 저온 환경에서 기존보다 더 높은 에너지밀도를 지니는 리튬황전지의 설계를 진행하였다. 위의 효과를 검증하기 위해, 소규모 면적의 코인 셀이 아닌 대면적의 파우치 셀에서 실험을 진행하였고, 100 사이클 이상 안정적인 구동이 가능하며 에너지밀도의 향상이 가능함을 확인하였다.
