전이금속 산화물/탄소나노튜브 복합체 제조 방법 및 그 복합체

산처리 없는 마이크로파 선택 가열로 CNT 표면에 산화물 나노입자를 성장시킨 음극 복합체

본 기술은 탄소나노튜브(CNT) 표면에 별도의 산처리 없이 마이크로파를 인가하여 용액 속 전이금속 염으로부터 전이금속 산화물 나노입자를 선택적으로 불균일 핵생성 및 성장시키는 제조 기술입니다. CNT의 자유 전자가 마이크로파 에너지를 흡수해 국부적으로 고온 가열되는 원리를 이용하여 나노입자를 균일하게 적층합니다.

기존 전이금속 산화물/CNT 복합체 제조에서는 CNT 표면 산처리가 필수였기 때문에 공정 시간과 비용이 늘어나고 CNT 구조가 손상되는 문제가 있었습니다. 또한 스피넬 구조 Li4Ti5O12는 나노화가 어렵고 도전성이 낮아 고율 충방전 특성과 용량 발현이 제한되었습니다.

본 기술은 마이크로파 합성 장치로 2.45~60 GHz 주파수에서 10~30분간 가열하여 산처리 없이 CNT 표면에 2~30 nm 크기의 Fe3O4, TiO2, Li4Ti5O12 나노입자를 균일하게 형성하도록 구성됩니다. Li4Ti5O12는 수소 포함 아르곤 분위기에서 500~900℃ 열처리하여 스피넬 구조를 안정화합니다. 고출력 하이브리드 차량용 전지, 급속 충전 LTO 음극, 리튬이온 커패시터 전극 등에 적용될 수 있어 수십 분 내 합성이 끝나는 짧은 공정으로 양산 비용 부담을 덜 수 있습니다.

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Key Features:

• 탄소나노튜브 분말을 용매에 첨가한 후 초음파 등으로 균일하게 분산시키는 단계
• 탄소나노튜브가 분산된 용매에 철 염 또는 티타늄 염 중 선택되는 전이금속 염을 혼합하여 혼합 용액을 형성하는 단계
• 혼합 용액에 마이크로파를 인가해 탄소나노튜브 표면에 전이금속 산화물 나노입자를 형성하여 Fe3O4/CNT 또는 TiO2/CNT 복합체를 합성하는 단계
• 스피넬 구조 리튬 티타늄 산화물이 탄소나노튜브 표면에 나노크기 입자 형태로 적층된 Li4Ti5O12/탄소나노튜브 복합체

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