In order to prevent future problems regarding depletion of fossil fuels, lithium-ion battery has arisen as a reliable energy supply system that can fulfill practical usage of electric vehicles. However, with the limited energy storage capacity of graphite anode materials (372 mAh $g^{-1}$) in conventional lithium-ion batteries, scientists have conducted on alternative anode materials in the interest of high energy storage capacity. Among those materials, $Fe_3O_4$ has been considered as promising candidate of anode materials because of its high theoretical capacity (982 mAh $g^{-1}$). However, large amount of lithium-ion storage leads to the short cycle life, which is caused by severe volume change during the charge/discharge reaction. There have been many studies to solve this problem. In particular, it was confirmed that active material/carbon composite materials exhibit much enhanced cycle retention. This is attributed to the carbon matrices that alleviate the volume expansion. This research aimed to verify the effectiveness of using microalgae that can provide carbon matrices as a biotemplate. Spray drying was implemented to synthesize hollow spherical primary particles. In six different conditions, the primary particles were heat treated to be synthesized into iron oxide/carbon composites. From these composites’ characterization through XRD and TGA, $Fe_3O_4$/Carbon composite electrode was synthesized in optimized heat treatment conditions. The electrochemical performance of optimized composite was compared with other composites. Finally, the $Fe_3O_4$/Carbon composite was further analyzed with BET & pore size, TEM, and FIB-SEM. $Fe_3O_4$/Carbon composite electrode had the reversible capacity of 1231 mAh $g^{-1}$ whereas carbon template removed composite only showed 249 mAh $g^{-1}$ after 300cycles at current density of 400 mA $g^{-1}$.
미래의 화석 연료 고갈에 대한 문제를 예방하기 위하여, 실용적인 전기자동차를 실현시킬 수 있는 리튬이온전지가 가능성 있는 에너지 공급 매체로 떠오르고 있다. 하지만, 기존 리튬이온전지에서 흑연 음극 재료의 제한적인 에너지 저장 용량 때문에, 높은 에너지 저장을 위한 대체 음극 재료에 대한 연구를 해오고 있다. 이러한 재료 중, 산화철은 높은 에너지 저장 용량 때문에 음극 재료의 유망한 후보로 여겨지고 있다. 하지만, 많은 양의 리튬이온 저장은 충전/방전 반응 중의 극심한 부피 변화에 따른 짧은 사이클 수명을 초래한다. 이 문제를 해결하기 위한 연구가 많이 이루어져 왔다. 특히, 활성 물질/탄소 복합 물질이 훨씬 향상된 사이클 유지를 보인다는 것이 확인되었다. 이것은 부피 변화를 완화시키는 탄소 매트리스 때문이다. 본 연구는 탄소원을 제공하는 바이오 템플릿으로써 미세조류를 이용하는 것에 대한 효과를 보이고자 한다. 분무 건조법을 통해 일차 입자를 형성하였다. 일차 입자들이 산화철/탄소 복합체로 합성되기 위하여 여섯 가지의 서로 다른 조건에서 열처리 되었다. XRD 및 TGA를 통한 복합체들의 특성으로부터, 최적화 된 조건에서 열처리 된 산화철/탄소 복합 전극이 합성되었다. 최적화된 복합체의 전기화학적 성능이 다른 샘플들과 비교되었다. 마지막으로, 산화철/탄소 복합체는 BET 및 기공 크기, TEM, 그리고 FIB-SEM 을 통해 추가적으로 분석되었다. 산화철/탄소 복합 전극은 전류 밀도 400 mA $g^{-1}$ 및 300사이클 이후 1231 mAh $g^{-1}$ 의 가역 용량을 갖는 반면 탄소 템플릿이 제거된 복합체는 249 mAh $g^{-1}$ 의 가역 용량을 보였다.
