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Synthesis of nano-Sn/C microsphere templated by microalgae and its application to LIBs = 미세조류를 템플릿으로 하는 주석/탄소 마이크로 구형입자 제조 및 리튬이차전지 전극으로의 응용
서명 / 저자 Synthesis of nano-Sn/C microsphere templated by microalgae and its application to LIBs = 미세조류를 템플릿으로 하는 주석/탄소 마이크로 구형입자 제조 및 리튬이차전지 전극으로의 응용 / Leeseol Lee.
저자명 LEE, LEESEOL ; 이이슬
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2015].
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초록정보

Alternative energies and rechargeable batteries have received much attention, due to the global envi-ronmental problems and the depletion of fossil fuels. When it comes to the rechargeable batteries, the lithium ion battery has been drastically developed in many ways. In the recent years, new anode materials with high specific capacity and stable cyclability have to be studied for electronic vehicles and energy storage systems. Graphite, which is conventional anode material, has low specific capacity (372 mA h g-1 for LiC6). Compared with the graphite, metallic Sn has almost three times higher theoretical capacity (990 mA h g-1 as Li4.4Sn). However, the large volume change (up to 300 %) during the charge/discharge process is the crucial defect of metallic Sn. In this study, the residue of microalgae, Chlorella sp. KR-1, after lipid extraction was used as a carbon matrix to buffer large volume change and the extracted lipids would be used for bio-diesel. The lipids were extracted by chloroform solution and nano-Sn/C microsphere composites were synthesized by the hydrother-mal process with the various concentration of SnCl2 in the precursor solution. The electrochemical perfor-mances were tested with the synthesized nano-Sn/C microsphere composites. As the results, the oil extraction efficiency satisfied both Korean and European standards for biodiesel quality, as 96.79 %. And Sn nanoparticles were uniformly embedded into the residue of microalgae, con-firmed by transmission electron microscopy (TEM), TEM elemental mapping, focused ion beam (FIB) images and energy dispersive X-ray analysis (EDX). As the anode material, electrochemical performances were also performed. All synthesized nano-Sn/C microsphere composites showed high coulombic efficiency, above 99.1 % after 150 cycles. Among them, nano-Sn/C microsphere composite synthesized with 0.01 M SnCl2 showed the optimized results as the reversible capacity of 408 mA h g-1 and the capacity retention of 83.18 %. It was not good enough electrochemical properties as the anode material for EV and ESS, however, it will be necessary to improve these performances in the future by controlling the synthesis process.

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.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MCBE 15023
형태사항 iv, 47 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 이이슬
지도교수의 영문표기 : Seung Bin Park
지도교수의 한글표기 : 박승빈
Including Appendix
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 생명화학공학과,
서지주기 References : p.
주제 LIBs
anode material
Sn/C composite
bio-template
리튬이차전지
음극재
주석/탄소 복합체
바이오 템플릿
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