To date, there has been much research on electrochemical study of lithium ion batteries. However, the question has also been raised for depletion of lithium resources, causing interest in sodium ion batteries. While extensive investigations on conversion reactions of various metal oxides as lithium electrode materials have been carried out, conversion reactions in sodium-based systems have been rarely reported. Here we have synthesized spherical SnS/rGO nanocomposites with graphene oxide by simple hydrothermal reaction and annealing for reduction of graphene oxide to graphene in successive process. The phase and morphology of SnS/rGO nanocomposites have been investigated by XRD, SEM, and TEM, respectively. The electrochemical performance of SnS/rGO nanocomposites were tested in sodium nonaqueous electrolytes. The Sn-based nanocomposites delivers 588mAh/g at a rate of 50 mA/g, indicating relatively higher capacity compared to previous reports. This materials also shows stable capacity retention with 396mAh/g at 100mA/g after 100cycles. In addition, structural differences during the conversion reactions in sodium system will be discussed.
본 연구에서는 소듐 이차 전지용 음국 물질로 사용하기 위해 주석 황화물/그래핀 옥사이드 나노화합물을 일차적으로 수열 합성법을 통하여 제조한 뒤, 환원 열처리를 통하여 주석 황화물/환원된 그래핀 옥사이드 나노 화합물을 만들었다. 합성된 본 전극 물질을 Raman spectroscopy을 이용해 그래핀 옥사이드가 잘 환원되었음을 확인할 수 있었고, TG를 통하여 약 13%의 그래핀 옥사이드가 함유되어 있음을 알 수 있었다. 소듐 이차전지용 음극 물질로써 전지 성능 평가를 0.01~2.50V 테스트를 진행한 결과, 100cycle이 지난 후에서 2nd cycle 대비 67%의 용량인 400mAh/g을 유지하고 있음을 확인할 수 있었다. CV와 Galvanostatic curve를 통하여 해당 물질의 크게 변환 반응과 합금화 반응을 가지고 있음을 알 수 있었으며, 전지 구동 중에 전해액에 황의 존재를 EDS를 통해 확인함으로써, 용량 감퇴의 원인이 변환 반응에 있을 것이라 의심하였다. 이를 확인하기 위해, Ex-situ XRD를 각각 첫번째, 두번째 방전, 충전 상태에서 측정하였고, 충전 시에 주석 황화물이 가역적으로 반응에 참여함을 알 수 있었다. 이에 따라, 변환 반응과 합금화 반응에 대하여 Voltage cut-off test를 실행하였고, 그 결과 용량 감퇴의 직접적인 원인이 주석 황화물이 참여하는 변환 반응에 있고, 이 때 전해질에 녹아 나오는 Sodium polysulfide에서 기인하는 것으로 최종적으로 생각할 수 있었다.
