리튬 황 전지

약흡착 금속산화물 캐소드와 고공여수 전해질로 Li2S 3차원 성장을 유도한 리튬 황 전지

본 기술은 리튬 황 전지에서 니켈 산화물(NiO), 마그네슘 산화물(MgO)처럼 리튬폴리설파이드(LiPS)를 약하게 흡착하는 금속 산화물과 공여수가 높은 전해질의 시너지를 이용해, Li2S를 3차원 미립자로 성장시키고 전극 표면이 고르지 않게 부동태화되는 현상을 막는 기술입니다.

리튬 황 전지는 충·방전 중 LiPS가 전해질에 쉽게 녹아 나오고 중간 생성물이 전기를 잘 통하지 않아 셔틀 효과가 발생했습니다. 여기에 방전 생성물인 Li2S가 2차원 막으로 쌓이며 전극 표면을 전기적으로 덮어 버려 황 활용도가 크게 제한되는 문제가 있었습니다.

본 기술은 LiPS 흡착 에너지가 3.5 eV 미만인 NiO 또는 MgO를 캐소드에 도입하고, 공여수가 15 kcal/mol 이상인 LiNO3 등 제1 리튬염을 0.5~1.8 M 농도로 포함한 전해질을 함께 사용하도록 구성됩니다. 전기차·ESS용 고용량 셀, 경량화가 중요한 항공·모빌리티 배터리의 전해질·양극 설계에 적용될 수 있어 전류 전달 효율과 황 이용률을 최대한 끌어낼 수 있습니다.

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Key Features:

• 탄소질 기재, 황 및 리튬폴리설파이드에 대한 흡착 에너지가 3.5 eV 미만인 금속 산화물을 포함하는 캐소드
• 캐소드에 포함되고 NiO 및 MgO에서 선택되는 하나 이상을 포함하며 중량이 캐소드의 20 wt% 내지 50 wt%인 금속 산화물
• 용매, 음이온의 공여수가 15 kcal/mol 이상인 제1 리튬염 및 제2 리튬염을 포함하는 전해질
• LiNO3, LiBr, LiCl, LiI, LiCN, LiOAc 및 LiOTf에서 선택되며 0.5 M 내지 1.8 M 농도로 포함되는 제1 리튬염

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