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Electrochemical study of highly ordered pyrolytic graphite surface film formation by in-situ atomic force microscopy = In-situ atomic force microscopy을 이용한 결정성 탄소 전극 피막
서명 / 저자 Electrochemical study of highly ordered pyrolytic graphite surface film formation by in-situ atomic force microscopy = In-situ atomic force microscopy을 이용한 결정성 탄소 전극 피막 / Eun-Kyung Kim.
저자명 Kim, Eun-Kyung ; 김은경
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 1999].
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초록정보

In-situ electrocheimical atomic force microscopy (ECAFM) was used to study the surface film that forms on highly ordered pyrolytic graphite (HOPG) electrode during cathodic polarization. Cyclic volatammetry experiments confirmed that distinct reduction reactions occur when the potential of a fresh HOPG electrode is swept from 2.4 to 0.01 V vs. $Li/Li^+$. The reactions appear to be irreversible, since no evidence of corresponding oxidation reaction was observed. ECAFM results, when combined with cyclic voltammetry data, suggest that these contribute to form surface film. The surface film is differently formed dependent on solvent and electrolyte salt. It is observed by EC AFM that the morphology of surface film in 1 M $LiClO_4-EC/DMC$ is more smooth and compact than that in 1 M $LiPF_6-EC/DMC$ and that in 1 M $LiClO_4-PC$ is absent. In addition, it is proved that the addition of 12 crown 4 ether improves the surface film formation in 1 M $LiClO_4-PC$. When considered with the second cycle of CV experiment, the ECAFM results confirm that the further electrolyte decomposition has the correlation with the formation of surface film.

리튬 이온 이차 전지는 첫 cycle에서 비기역적 용량 감소를 나타내는데, 이는 전해액과 전해질의 환원 반응으로 탄소 전극에 부동막을 형성하기 때문인 것으로 알려져 있다. 본 연구는 in-situ electrochemical atomic force microscopy (ECAFM)을 이용해 전기화학 반응으로 생긴 탄소 전극 위의 표면 피막 형성을 살펴보았다. 우선 cyclic voltammetry로 전해액과 전해질에 따라 나타나는 전기화학 반응을 살펴보았다. 전해질의 영향을 살펴보기 위해 1 M $LiClO_4-EC/DMC$와 1 M $LiPF_6-EC/DMC$을 비교하였다. 전자의 경우는 환원 반응이 첫 cycle에서만 우세하게 나타나는 것에 반해, 후자의 경우에는 환원 반응이 다음 cycle에서도 계속 일어남이 관찰되었다. 특히, 후자의 경우에는 ECAFM에서 초기의 형성된 얇은 막이 사라지고, 더 낮은 전위에서 초기에 형성된 것보다 큰 침전물이 전극 위에서 생성되는 과정을 관찰하였다. 이러한 현상은 $PF_6$ 음이온이 여러 환원 반응으로 HF을 생성하여 탄소 전극 위에 형성된 $Li_2CO_3$로 형성된 안정된 피막을 용해시키고, 저항이 큰 LiF가 침전되면서 불균일한 막으로 변화 시킨다고 생각된다. 또한, 전해액의 영향은 1 M $LiClO_4-EC/DMC$와 1 M $LiClO_4-PC$을 사용하여 관찰하였다. PC의 경우에는, 첫 cycle후에도 환원 반응이 계속 나타나는 것을 CV을 통해 관찰했다. 이러한 현상은 ECAFM 실험 결과에서 탄소 전극에 안정된 피막이 형성되지 않고, graphite 층의 파괴 현상에 의한 새로운 전극 표면 생성 때문이라고 간주된다. 한편, 이 용액에 12 crown 4 ether 을 첨가하자, 전에 볼 수 없었던 침전물이 전극 표면 위에서 생성됨을 관찰하였다. 생성된 침전물은 첫 cycle 후에 일어날 수 있는 전해액과 전해질의 환원 반응을 다소 막아주는 것을 CV을 통해 관찰하였다. 본 실험 결과로 1 M $LiClO_4-EC/DMC$에서 형성된 막이 가장 조밀하고 균일한 것으로 밝혀졌고, 덧붙여, 표면 위에 형성된 막은 전지의 용량 감소와 밀접한 관련이 있음을 알아냈다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MCH 99008
형태사항 iii, 45 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 김은경
지도교수의 영문표기 : Ju-Hyoun Kwak
지도교수의 한글표기 : 곽주현
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 화학과,
서지주기 Reference : p. 39-41
주제 Li-ion battery
In-situ atomic force microscopy
Surface film formation
Carbon
리튬이온전지
전기화학적 원자력 현미경
피막형성
탄소
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