Recently, demand for large scale energy storage system is increasing. Among energy storage system (ESS), battery system have drawn attentions because of high energy density. In various battery systems, sodium ion battery (SIB) system is the promising large-scale ESS because Sodium is cheaper than lithium due to richness of sodium in crust. Also, Sodium and lithium are in the same period on the periodic table. So the both elements have similar physical and chemical properties, resulting in applying advanced technology of lithium ion battery (LIB) to SIB. Among the candidates of various materials for battery, conversion materials such as metal oxide, metal sulfide are attracting attention as an anode material for SIBs because of high capacity.
In order to synthesize high capacity $SnS_x$ without carbon and binder, Sn and SnS was each electrodeposited on Al current collector directly and then $SnS_x$ was synthesized by sulfiding as-deposited Sn and SnS. when Sn was sulfide, It was observed that the particles size significantly increased to 4 ~ 5 um and the particle shape changed to spherical shape. On the other hand, when the SnS was sulfided, the size and shape was almost the same as before the sulfurization treatment. From the XRD pattern analysis, it was confirmed that the sulfided Sn were phase-transformed into hybrid of SnS, $Sn_3S_4$ and $SnS_2$ and the sulfided Sn were phase-transformed into crystalline $SnS_2$. From the electrochemical tests, $SnS_x$ microsphere showed high initial capacity but had poor retention ability. Meanwhile, it was confirmed that $SnS_2$ nanoparticles has not only high capacity but also superb retention ability.
As a results, we synthesized $SnS_2$ nanoparticles having outstanding electrochemical performance. Also, the active materials were used as a conductive agent and binder-free anode for SIBs.
최근 대두되고 있는 환경문제를 해결하기 위해서 친환경에너지가 주목 받고 있는데 시간과 장소에 따라서 발전량의 변동폭이 크다. 따라서 생산된 친환경에너지를 저장할 수 있는 대규모 에너지 저장장치가 필요하다. 에너지 저장장치 중 리튬이차전지는 높은 에너지 밀도를 갖고 있는 장점에 의해 차세대 에너지 저장장치로 각광 받고 있다. 하지만 리튬의 높은 가격 때문에 저렴한 원소인 나트륨을 이용하는 나트륨이차전지의 연구 또한 활발하게 진행되고 있다. 나트륨이차전지용 음극재로서 다양한 재료가 연구되고 있는 가운데 전환반응을 하는 전이금속-황 화합물이 주목받고 있다.
본 연구에서는 도전재와 결합체를 포함하지 않는 황화주석을 합성하기 위해서 알루미늄 집전체에 주석과 황화주석을 전해전착 하였다. 그 후 전착물의 황 함유량을 높이기 위해서 황화 처리를 수행하였다. 주석을 황화 처리할 때 주석의 낮은 녹는점 때문에 주석이 녹은 후 뭉치게 되어 입자의 크기가 커지고 둥근 형태로 변하게 된다. 한편 녹는점이 높은 황화주석을 황화처리 할 때는 입자의 크기와 모양이 황화처리 전과 거의 유사하였다. 주사 전자 현미경 분석과 X-선 회절분석법을 통해 주석을 황화처리 할 때는 둥근 형태의다양한 황화주석의 복합체가 형성되고 황화주석(Ⅵ)을 황화 처리할 때는 황화주석(Ⅱ) 나노입자가 생성됨을 확인하였다. 전기화학적 평가를 통하여 다양한 황화주석의 복합체는 높은 초기 용량을 보였지만 수명 특성이 좋지 않았다. 한편 황화주석(Ⅱ)은 높은 초기 용량을 보였을 뿐만 아니라 우수한 수명 특성을 보임을 확인하였다.
결론적으로 본 연구는 도전재와 결합체를 포함하지 않는 나트륨이차전지 음극용 황화주석 나노입자를 합성하였고 전기화학적 평가를 통해 합성한 황화주석이 우수한 전기화학적 특성을 보임을 확인하였다.
