칼륨 이온 전지용 음극, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 칼륨 이온 전지

코발트 도핑 Cu3PS4 나노결정과 CNT를 복합화한 칼륨이온전지 음극

본 기술은 칼륨 이온 전지의 음극 활물질로 황화구리인(Cu3PS4) 나노결정을 합성하고, 여기에 코발트(Co)를 도핑하면서 CNT 등 탄소계 도전재와 물리적으로 복합화하여 전기화학적 특성을 개선하는 기술입니다.

기존 칼륨 이온 전지용 음극 소재는 크기가 큰 칼륨 이온이 반복적으로 삽입·탈리되는 과정에서 사이클링 안정성이 낮고, 율 특성(rate capability)이 부족한 문제가 있었습니다.

본 기술은 Cu, P, S 분말을 볼-밀링해 Cu3PS4 나노입자를 합성한 다음, 이를 코발트 분말 및 CNT 등 탄소계 도전재와 함께 다시 볼-밀링하여 코발트가 도핑된 복합 음극 구조를 형성함으로써 칼륨 이온의 가역적 삽입·탈리 효율과 전극 안정성을 높이도록 구성됩니다. 리튬 자원 의존도를 낮춘 칼륨 이온 기반 대용량 에너지저장장치(ESS)와 저가형 그리드 보조 전원에 적용될 수 있어 용매 없는 기계적 합성만으로 음극재를 대량 공급할 수 있다는 이점이 있습니다.

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Key Features:

• Cu 분말, P 분말 및 S 분말을 물리적으로 혼합하여 Cu3PS4를 형성시키는 단계
• 형성된 Cu3PS4와 코발트 분말 및 탄소계 도전재를 볼-밀링으로 물리적 혼합하는 단계
• 코발트로 도핑된 Cu3PS4와 탄소나노튜브를 함께 포함하는 칼륨 이온 전지용 음극
• 음극과 양극 사이에 위치하며 알킬 에테르계 용매에 칼륨염이 용해된 전해질

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본 발명은 과학기술정보통신부의 층상 및 터널구조 안정화를 통한 나트륨 및 칼륨 이온전지용 고용량 장수명 금속 황인화물 음극소재 개발 지원을 통해 개발되었습니다.

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