환경 문제에 대한 관심이 높아지고 깨끗하고 지속 가능한 에너지에 대한 강력한 수요로 인해 전 세계적으로 높은 에너지 밀도, 고력 밀도 및 긴 사이클링 안정성을 갖춘 고급 에너지 저장 장치를 제조하는 것이 전 세계적으로 중요한 목표가되었습니다. 최근에 리튬 이온 배터리 (LIB)는 많은 관심을 끌었고 스마트 랩탑과 전기 차량에서 큰 성공을 거두었습니다.
불행히도, 장거리 전기 자동차 및 하이브리드 차량에서 대규모 적용은 상용 흑연 전극 재료의 용량이 낮고 속도가 좋지 않기 때문에 제한적입니다. 따라서 용량이 높고 사이클링 수명이 길고 더 나은 속도 성능을 가진 고급 전극 재료를 연구하고 개발하는 것이 매우 시급합니다.
최근에, LIBS의 우수한 속도 능력 및 장기 사이클링 성능을 갖는 능동적이고 안정적이며 저비용 및 잘 설계된 전극 재료를 추구하는 것은 LIB의 전반적인 성능을 향상시키는 데 중요한 역할을합니다. 전이 금속 포스 파이드 (TMP), 특히 FEP는 높은 이론적 능력, 저비용 및 무독성으로 인해 많은 관심을 끌었다는 것이 잘 알려져 있습니다. 그러나, 애노드 재료로서 FEP를 사용하는 배터리는 내전적 전기 전도도가 좋지 않아 전환 반응 및 파괴 공정 동안 전환 반응으로 인한 과감한 부피 변화 (> 200vol%)로 인해 불만족스러운 사이클링 성능을 보여 주었다 [1].
현재까지 FEP 리튬의 전기 화학 저장 성능을 향상시키는 데 몇 가지 전략이 사용되었습니다. 첫째, 나노 스케일 구조를 설계하면 리튬 이온 및 전자의 확산 거리가 단축되고 전기 화학 반응의 활성 표면적이 향상 될 수 있습니다. 둘째, FEP를 탄소 질 재료와 결합하면 전기 전도도가 증가하고 부피 변화가 완충 될 수 있습니다. 셋째, 중공 및 다공성 구조를 갖는 전극 재료는 부피 변화를 완화하고, 더 활성 부위를 제공하며, 이온과 전자의 확산 운동을 가속화 할 수있다. 그러나 독성 전구체의 사용과 같은 심각한 단점뿐만 아니라 정교하고 엄격한 조건은 이러한 전략을 실제로 적용하기 어렵게 만듭니다 [2]. 따라서, 탄소 코팅 중공 및 다공성 FEP 구조의 제조를위한 신규하고 손쉬운 방법을 탐구하는 것은 여전히 매우 어려운 일입니다.
여기서, 전형적인 MOF 인 MIL-88 (FE)은 셔틀 형 카본 다면체에 캡슐화 된 초트라핀 FEP 나노 입자를 제조하기위한 예로서 사용되어왔다 (도 1). 다공성 탄소 층은 이전 문헌에서보고 된 바와 같이 전자 전도성에 유익 할뿐만 아니라 제조 중에 초트라핀 FEP 나노 입자의 성장 및 응집을 방지한다. 구조 특성화에서 [email protected]은 중공 및 다공성 탄소 매트릭스에 분포 된 Ultrafine FEP 나노 입자를 갖춘 고유 한 구조를 표시하며, 이는 큰 특이 적 표면적과 빠른 전하 전달 능력을 제공하고 사이클링 중에 부피 변화를 완화시킵니다.
.[email protected]은 최대 최대 리튬 저장 용량 (100 사이클의 경우 0.1Ag에서 902.4mAh), 우수한 속도 능력 (5.0Ag에서 416mAh g) 및 장기 전달 능력 (5.0Ag에서 3000 사이클) 및 크기의 사이클링을 겪는 대규모 송환 능력 및 탄소 코팅 공간을 제공합니다. 또한, 우수한 전기 화학적 성능은 전하/방전 공정 동안, 특히 고전류 밀도에서 유사 경관 행동의 상당한 기여와 관련이있다. 유사 경관 기여 백분율은 각각 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.4MVS의 스캔 속도에서 48.4%, 51.6%, 56.7%, 68.8%, 72.8%, 78.5%및 81.5%입니다. 결과는 리튬 이온 스토리지에 대한 의사 캡시티브 거동이 전체 용량, 특히 높은 전류 밀도에서 전체 용량에 크게 기여하며, 높은 의사 부패성 기여는 비 표면적이 큰 작은 입자 크기와 높은 다공성에 기인해야한다.
.우수한 전기 화학적 성능은 [email protected]이 LIB의 양극에 대한 고성능 후보로 작용할 수 있으며 현재 전략은 또한 차세대 에너지-스토리지 적용을 위해 MOF의 다른 탄소 코팅 된 다공성 구조를 합성하기 위해 유망하게 적용되어야합니다.
.참조 :
- j. Cabana, L. Monconduit, D. Larcher, M.R. Palacín, intercalation- 기반 Li- 이온 배터리를 넘어서 :전환 반응을 통해 반응하는 전극 재료의 최첨단 및 도전. adv. Mater., 2010, 22, E170-E192.
- p. Serp, P.Alck, R. Feurer,지지 된 촉매 물질의 제어 된 제조를위한 화학 기상 증착 방법. 화학 Rev., 2002, 102 (9), 3085-3128.
- t. Brezesinski, J. Wang, S.H. Tolbert, B. Dunn, 박막 유사 경관을위한 등방성 나노 결정질 벽을 가진 메조 포러스 α-moo3를 주문했습니다. Nat. Mater., 2010, 9, 146-151.
