| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2021년 가을 (11/24 ~ 11/26, 경주 라한호텔) |
| 권호 | 27권 2호 |
| 발표분야 | C. 에너지 재료 분과 |
| 제목 | 실시간 광학 현미경을 통한 흑연-실리콘 복합 시스템 메커니즘 관찰 A Mechanism Study on Silicon/Graphite Anodes Using Side-View Operando Optical Microscopy |
| 초록 | 전극의 고용량화 및 안정화에 대한 요구가 증가함에 따라 여러 물질과 다양한 구조를 통해 고용량 전극 연구가 진행되고 있다. 그 중 흑연과 실리콘은 가장 대표적인 음극재이며, 상호 보완적인 특성으로 이 두가지 물질을 혼합하여 사용하는 실용적인 접근이 진행되고 있다. 그러나 각각 intercalation과 alloying이라는 다른 메커니즘을 가지고 있어 두 물질이 혼재한 상황에서의 메커니즘 연구가 부족하다. 본 연구에서는 측면을 관찰할 수 있는 셀을 이용하여 광학현미경을 통해 흑연-실리콘 복합체의 거동을 실시간으로 관찰하였다. 실시간 광학현미경 시스템은 실제 배터리 구동과 유사한 환경에서 전극 및 계면의 실시간 변화를 관찰할 수 있다. 첫 충·방전 반응시 리튬이 들어갈 때는 흑연의 색변화가 시작된 뒤 완충에 의해 일어나는 노란색으로의 색 변화와 실리콘의 팽창이 함께 일어나는 반면, 리튬이 나갈 때는 해당 반응 전압대의 순서 대로 흑연의 색변화가 반대로 일어난 뒤, 실리콘이 수축하는 것을 확인하였다. 또한 첫 사이클과 달리, 두번째 사이클의 리튬이 들어가는 과정에서는 실리콘 팽창 후 흑연의 색변화가 일어나는 현상을 보였다. 이는 각 물질의 리튬에 대한 이온 전도도와 같은 특성을 비롯하여, intercalation과 alloying이라는 메커니즘 차이로 인한 두 물질의 경쟁관계에 기인했음을 생각할 수 있다. 이를 기반으로 구체적 메커니즘 규명을 통하여, 복합체 시스템의 효율적이고 합리적인 구축을 위한 방향을 제시하고자 한다. |
| 저자 | 김주영, 박창현, 이현욱 |
| 소속 | 울산과학기술원 (UNIST) |
| 키워드 | <P>Li ion battery; Graphite anode; Silicon anode; Intercalation; Alloying; Optical microscopy</P> |
