Lithium-sulfur (Li-S) batteries are one of the promising candidates as the next generation energy storage devices, suitable for various mobile and stationary electronics. In this work, hierarchical porous carbon derived through $CO_2$ conversion is used as the host material for a cathode in Li-S batteries. $NaBH_4$ is used as a reducing agent and $CaCO_3$ as a nano-template to synthesize the hierarchical porous carbon named CPC. The S/C composite fabricated through melt diffusion technique contains high sulfur content above 80 wt% due to the large pore volume of CPC, especially in mesoporous area. S/C composite alleviates the shuttle effect and provides a conductive pathway for charge transfer. Moreover, carbon nanofiber (CNF) interlayer is used in combination to achieve a high initial capacity of 1105 mAh/g and discharge capacity of 687 mAh/g after 100 cycles at 0.2 C. The novelty of this work lies on introducing $CO_2$ derived CPC to synthesize S/C composite in combination with the CNF interlayer to enhance the performance of Li-S batteries.
리튬-황 전지는 높은 이론 용량과 에너지 밀도를 가지고 있어 차세대 에너지 저장 재료로 주목을 받고 있다. 본 연구는 이산화탄소 전환으로 만들어진 다공성 탄소 재료를 리튬-황 전지의 양극재로 활용하였다. $NaBH_4$를 환원제로, $CaCO_3$를 나노템플릿으로 사용하여 만든 이산화탄소 유래 탄소 재료인 CPC는 기공 부피가 크며, 이를 통해 80 wt% 이상의 황 함량을 가진 S/C 복합체를 만들었다. CPC는 S/C 복합체에 쓰였을 때 폴리 설파이드를 가두는 역할과 전도성 네트워크를 형성하는 역할을 수행한다. 그리고 이러한 S/C 복합체에 용량 감소를 보완하기 위해 탄소나노섬유가 중간층으로 쓰였으며 CPC1-S와 탄소나노섬유 중간층은 1105 mAh/g의 높은 초기 용량과 0.2 C에서 100 사이클 이후에 687 mAh/g의 방전 용량을 보였다. 본 연구는 이산화탄소 유래 탄소 재료를 리튬-황 전지 양극재의 지지체로 처음 소개하였으며, 탄소나노섬유 중간층과 함께 향상된 성능을 보였다.
