V2O5/Polypyrrole 복합체 필름의 제조 및 리튬 이차전지 양극에의 응용
Electrochemical Synthesis and Characterization of V2O5/Polypyrrole Composite Film for Li Rechargeable Battery
- 주제(키워드) V2O5/PPy
- 발행기관 아주대학교 대학원
- 지도교수 모선일
- 발행년도 2010
- 학위수여년월 2010. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학부
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000010481
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
리튬 전지의 용량을 높일 수 있도록, 양극 물질로서 무기물질을 나노형태로 제조하여 리튬 이온의 이동거리를 짧게 하고 표면적을 매우 넓게 하며, 전도성 및 가공성을 증진시키기 위하여 전도성고분자와 무기/유기 복합체 전극물질을 개발하였다. 본 연구에서는 나노형태의 바나듐산화물(V2O5)을 수열법으로 제조하고, polypyrrole(PPy) 전도성고분자의 전기화학적으로 제조시 용액에 분산시켜서 복합체 필름을 제조하였다. V2O5는 층상구조이며 산화수가 하나 이상 변화될 수 있어서, 리튬 이온을 한 개 이상 (큰 용량) 가역적으로 삽입시킬 수 있는 우수한 전극물질중의 하나이다. polypyrrole(PPy)은 우수한 전도성고분자로서 전극물질의 전도도 및 기계적 특성을 증진시킬 수 있다. 고분자소재의 친무기화 및 무기증진제의 친 유기화에 의한 친화력 향상으로 분자 차원의 물성의 상승효과를 기대한다. V2O5/PPy 복합체필름을 합성하기 위하여 삼전극계 시스템으로 0.2 M pyrrole 단량체를 포함하는 0.1 M LiClO4 전해용액 50 ml에 V2O5 0.7 g을 잘 분산시켜준 후, 전극에 양극 전위에 해당하는 +1.75 V의 산화전압을 걸어줌으로써 한 단계의 간단한 전기화학적인 방법(정전위적 방법)으로 고분자화 시켜서 제조하였다. 작업전극으로는 stainless steel(SS)거즈(AISI 304, 150 mesh)를 사용하였고, 보조전극으로는 백금거즈를 사용하였으며, 기준전극으로는 Ag/AgCl을 사용하였다. 또한, 전해액 내에서도 V2O5가 pyrrole의 고분자화 반응에 촉매로 작용하므로, 전해액 내에서 고분자화가 일어나서 80%의 V2O5를 포함하는 파우더 형태의 V2O5/PPy복합체를 얻을 수 있다. 한 단계의 간단한 방법으로 제조한 V2O5/PPy복합체 필름과 그 전해질 용액으로부터 합성된 파우더의 결정구조 및 성분비를 X-ray 회절법(XRD), FTIR 스펙트럼, 열 분석법 (TGA)으로 확인하였으며, 전기화학적인 특성은 cyclic voltammetry (CV)와 리튬전지(CR2032 type) 제조평가로 연구하였다. 전지평가는 다중채널 전지평가 모드에서 정 전류적인 방법으로 1.5-4.0 V의 작동구간에서 진행하였으며, 전기화학적으로 제조된 nano-V2O5/PPy복합체 필름이 보통의 V2O5와 V2O5/PPy복합체 파우더보다 더 균일하고 쉽게 전극을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 가역적인 Li+의 삽입ㆍ방출을 통해 향상된 cyclability 특성을 나타내었다.
more초록/요약
The vanadium pentoxide and polypyrrole composite (V2O5/PPy) materials are of great interest as cathodes for the rechargeable Li batteries. Nanostructured V2O5 is one of the most beneficial and novel cathode materials with high capacity and with structural flexibility for the reversible insertion/release of guest Li+. Kinetic barriers due to Li access and transport within the crystalline lattice can pose limits to attaining theoretical capacities. Neither of these material fully capitalize on the high surface area available. Their low electrical conductivity can be partially overcome by the incorporation of conductive polymer. PPy is an electronically conductive polymer which has received considerable attention due to its high electrical conductivity and stability in electrochemical environments. In this work, V2O5 and polypyrrole composite films was prepared by a one-step anodic (+1.75V vs. Li) polymerization method, on a stainless steel gauze electrode in an aqueous solution containing pyrrole monomer and well dispersed V2O5 particles. Electrochemical performance of the nano-V2O5/PPy composite electrodes was tested by assembling coin-type (CR2032) cells with a battery test system (Maccor series 4000). The cell was assembled in a dry room and cycled galvanostatically on a multichannel battery test mode. The initial discharge capacity above 250 mAhg-1 was obtained in the voltage range of 1.5-4.0 V. The intercalation capacity and discharge/charge rate of the nano-V2O5/PPy composite film cathode has been shown to be enhanced V？2O5-only and V2O5/PPy composite powder electrodes.
more목차
감사의 글 = i
요약문 = iv
목 차 = vi
그 림 목 차 = viii
표 목 차 = x
Ⅰ. 서 론 = 1
Ⅰ.1. 연구 목적 및 필요성 = 1
Ⅰ.2. 리튬 이차전지의 구성 요소 및 양극 활물질 = 3
Ⅰ.3. Vanadium Pentoxide (V2O5) = 8
Ⅰ.4. 전도성 고분자 = 13
Ⅰ.5. 폴리피롤(polypyrrole, PPy) = 18
Ⅱ. 실 험 = 22
Ⅱ.1. 시약 = 22
Ⅱ. 2. 실험 방법 및 기기 = 22
Ⅱ. 2. 1. 바나듐산화물/폴리피롤(V2O5/PPy) 복합체 제조 = 23
Ⅱ. 2. 2. 바나듐산화물/폴리피롤(V2O5/PPy) 복합체의 분석 = 25
Ⅲ. 실험결과 및 고찰 = 29
Ⅲ.1. 바나듐산화물/폴리피롤 복합체 필름의 합성 = 29
Ⅲ.1. 1. 순환전압전류법에 의한 V2O5/PPy 복합체의 제조 = 29
Ⅲ.1. 2. 정전위법에 의한 V2O5/PPy 복합체의 제조 = 31
Ⅲ.1. 3. 화학적 중합에 의한 V2O5/PPy 복합체의 제조 = 32
Ⅲ.2. 바나듐산화물/폴리피롤 복합체 필름의 물리적 성질 = 33
Ⅲ. 2. 1. V2O5/PPy 복합체 필름 전극의 구조적 특성 = 33
Ⅲ. 2. 2. V2O5/PPy 복합체 필름 전극의 전기화학적 특성 = 40
Ⅳ. 결론 = 52
V. 참고문헌 = 54
Abstract = 56
Appendix = 58
