본 기술은 환원된 그래핀 옥사이드(rGO) 시트 사이에 AlOOH 같은 금속 옥시하이드록사이드 입자를 끼워 층간 거리를 조절한 뒤 입자를 제거하는 기술입니다. 이를 통해 나트륨 이온의 삽입과 탈리가 쉬운 층상 그래핀 적층체를 형성합니다.
나트륨 이온은 리튬 이온보다 커서 기존 그래파이트 전극의 좁은 층간 간격에 들어가기 어려운 문제가 있었습니다. 그래핀 전극 역시 시트끼리 뭉치는 현상 때문에 이온 확산과 전하 이중층 형성에 필요한 층간 공간을 확보하기 어려운 한계가 존재했습니다.
본 기술은 그래핀 옥사이드 분산액에 알루미늄 할라이드 등 3가 금속염을 넣고 환원제 처리와 열처리를 차례로 수행해 그래핀 층 사이에 나노 크기 금속 옥시하이드록사이드 입자를 성장시키도록 구성됩니다. 이후 산성 용매로 입자를 제거하여 XRD 2θ 10° 이하 피크에 해당하는 넓은 층간 거리를 갖는 적층체를 얻습니다. 나트륨 이온 전지 음극과 나트륨 하이브리드 커패시터 전극 등에 적용될 수 있어, 흑연으로는 구현하기 어려웠던 대형 이온의 가역 저장 공간을 탄소 소재만으로 마련할 수 있습니다.
본 발명은 산업통상자원부의 거대 다원자 이온 기능기 그래핀 잉크를 이용한 장범위 규칙성을 가지는 확장형 층상 나트륨 이온 이차전지 음극소재 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
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