본문 바로가기 주메뉴 바로가기
22대 대한민국 국회 국회정보길라잡이 국회의원검색
회원가입 로그인
HOME

정보검색

소장정보 검색

국회도서관 홈으로 정보검색 소장정보 검색
결과 내 검색 동의어 포함
결과 내 검색 동의어 포함

-

목차보기

Title Page

요약

ABSTRACT

Contents

1. Introduction 17

2. Experimental 19

2.1. Manufacturing of battery systems 19

2.1.1. Preparation of V6O13 electrode[이미지참조] 19

2.1.2. Battery fabrication 20

2.2. Characterization 21

2.3. Electrochemical measurements 22

3. Results and discussion 23

3.1. Characteristics of anode and cathode material 23

3.1.1. Analysis of cathode material 23

3.2. Electrochemical characteristic of aqueous aluminum ion batteries 30

3.2.1. Electrochemical characteristic of anode material 30

3.2.2. Electrochemical characteristic of cathode material 32

3.2.3. Electrochemical full cell test 34

3.2.4. Electrochemical full cell test using non-aqueous electrolyte. 39

3.2.5. galvanostatic intermittent titration technique (GITT) analysis 42

3.3. Mechanism of aqueous aluminum ion batteries 44

3.3.1. Changes in the oxidation of electrode and charge carriers 44

3.3.2. Movement of crystal water within the layered framework 45

3.3.3. Diagnosis of deterioration and detection of by-product. 52

3.4. Scheme of operating cell of aqueous aluminum ion batteries and SEM image of anode. 53

4. Conclusions 55

5. References 57

List of Figures

Figure 3.1.1. Prepared V6O13 cathode materials. (a) SEM image of the as-prepared sample. (b) High resolution TEM image and SAED pattern image. (c)...[이미지참조] 25

Figure 3.1.2. Prepared V6O13 cathode materials of XRD data[이미지참조] 26

Figure 3.1.3. Prepared V6O13 cathode materials of structure analysis of V 2p XPS spectra.[이미지참조] 26

Figure 3.1.4. (a) Scanning electron microscopy (SEM) image and (b) corresponding XRD data before annealing 27

Figure 3.1.5. (a) SEM image of pristine zinc foil and (b) Zn-Al alloy after first charged state. 29

Figure 3.2.1. (a) Voltage hysteresis of the Al/3M Al (OTF)₃/Al (blue) and Zn-Al/3M Al (OTF)3/Zn-Al (red) symmetrical cell at a current density of 0.2mA... 31

Figure 3.2.2. (a) CV curves of the V6O13 as cathode in 3M Al (OTF)₃ aqueous electrolyte for the three-electrode system. (b) Galvanostatic discharge and...[이미지참조] 33

Figure 3.2.3. (a) Galvanostatic discharge and charge curve at 0.2A g-1. (e) Cycle performance at 3 A g-1 current rate.[이미지참조] 36

Figure 3.2.4. (a) CV curves with a scan rate of 0.1 mV s-1 with Zn-Al/3M Al(OTF)₃/Alx Zny V6O13nH₂O (black) and Zn/Al(OTF)₃ /Mo (blue). (b) CV...[이미지참조] 37

Figure 3.2.5. Electrochemical performance of aqueous aluminum ion battery within the potential range of 0.4-1.1 V. (a), (c), (e), (g) Cyclic performance of... 38

Figure 3.2.6. Electrochemical performance of symmetric cells. Voltage hysteresis of the Zn-Al/0.5M Al(OTF)₃/Zn-Al symmetrical cell in acetonitrile... 40

Figure 3.2.7. (f) Cycle performance of Zn-Al/0.5M Al(OTF)₃ /AlxZnyV6O13 rechargeable non-aqueous battery and Zn-Al/3M Al(OTF)₃ /AlxZnyV6O13...[이미지참조] 41

Figure 3.2.8. GITT profile and corresponding diffusion coefficient data for Zn-Al/3M Al (OTF)₃ /AlxZnyV6O13nH₂O cell.[이미지참조] 43

Figure 3.3.1. (a) XPS data of charged state of the zinc foil at Al 2p region. XPS data of charged and discharged state of the V6O13 at (b) V 2p region, (c) Al 2p...[이미지참조] 47

Figure 3.3.2. Ex situ TGA results for pristine, OCV, discharged and charged state of the V6O13 electrode.[이미지참조] 48

Figure 3.3.3. Solid state ¹H nuclear magnetic resonance (NMR) spectra of fully charged and discharge state of the V6O13 electrode.[이미지참조] 49

Figure 3.3.4. Discharge and charge curves at 0.2 Ag-1 in AAIB (d) Corresponding ex situ XRD patterns of the V6O13 electrode at different...[이미지참조] 50

Figure 3.3.5. Ex situ XRD patterns of the zinc electrode. (g) Ex situ XRD patterns of 0.5M Al (OTF)₃/acetonitrile, 3M Al (OTF)₃/water, 0.98M H₂SO₄... 51

Figure 3.4.1. Scheme of aqueous aluminum ion batteries. 54

초록보기

세계 전력 수요는 1990 년부터 현재까지 2 배이상 증가하고 있으며 향후에는 더 빠른 속도로 증가할 것으로 예상됩니다. 따라서 에너지 저장 및 변환 기술에 대한 연구가 각광받고 있습니다. 안정적인 에너지 생산을 위해 태양광 에너지와 같은 신재생 에너지가 사용되고 있으며, 특히 피크타임에 잔여 잉여 전력을 저장하고 필요한 시간에 사용할 수 있도록 에너지를 제어 및 분배하는 에너지 저장장치가 필요합니다. 지금까지 리튬 이온 배터리는 에너지 변환 효율이 높으며 유지 보수가 간편하기 때문에 ESS 용 배터리로 사용되고 있습니다. 하지만 원료 매장량의 한계가 있어 늘어나는 수요를 감당할 수 없으며 더 높은 안전성이 요구되고 있습니다. 알루미늄 이온과 같은 다가 이온을 활용하여 하나의 전하 수송채가 이동함에 따라 3 개의 전자가 이동하게 되어 저장되는 전하의 양이 증가하게 됩니다.

알루미늄 이온 배터리는 저렴한 가격과 부존량이 풍부하며 부피당 에너지 밀도가 높다는 장점이 있습니다. 수계 전해질을 사용하게 될 경우에 전지의 안전성이 향상되며 배터리 설계에 드는 비용 또한 감소하게 됩니다. 높은 이온 전도도로 고출력에서 구동이 가능하여 높은 출력 특성으로 그리드 규모의 에너지 저장 시스템에 더 적합합니다. 하지만 수계 알루미늄 이온 배터리는 시스템 내에서 알루미늄 포일이 쉽게 산화막을 형성하여 계면에서 전하의 이동을 억제합니다. 또한 알루미늄 이온은 강한 정전기적 인력을 가지고 있어 고체상에서 원활한 확산이 어려우며 전극 구조가 파괴되는 현상이 나타납니다. 이 문제를 해결하기 위해 음극재를 아연 포일을, 양극재로 V6O13 을 도입했습니다. 이를 적용한 결과, 음극재에서는 산화 피막 형성이 억제되며 양극재에서는 이온의 원활한 확산이 기능해졌습니다. 배터리 구동 과정에서 Al3+, Zn2+, H+ 이온이 이동하며 반응에 참여하게 됩니다. 충전 과정에서는 Al-Zn 합금이 형성됩니다. 이 전지는 3Ag-1 의 고전류밀도에서 100mAhg-1 의용량을 구현하며 1,400 cycle 이후에 90%의 초기 용량이 유지되는 높은 안정성을 보였습니다. 이 실험을 통해 수계 알루미늄 이온 배터리가 안정적으로 구동할 수 있음을 확인했습니다.

추천서가 (다양한 추천 자료를 만나보세요)

권호기사보기

권호기사 목록 테이블로 기사명, 저자명, 페이지, 원문, 기사목차 순으로 되어있습니다.
기사명 저자명 페이지 원문 기사목차