실리콘 나노입자(Si NPs)는 어떠한 화학적 공정도 없이 다양한 중량비에서 탄소 나노섬유(CNFs)와 단순 혼합되었으며, 리튬이온전지(LIBs)의 양극(애노드) 소재로서 이러한 나노입자의 전기화학적 특성을 조사하였다. CNFs의 물리적 혼입이 Si NPs의 체적 변화에 미치는 영향을 연구하기 위해, 전지(풀 셀)의 팽창(dilation)을 측정하였다. Si NPs와 CNFs 혼합물을 사용한 양극의 측정된 체적 변화는, Si와 흑연의 이론적 체적 변화로부터 계산된 값보다 더 작았다. Si NPs의 가역 용량은 급격히 감소하였으나, CNFs의 혼합 비율을 증가시킴으로써 이러한 감쇠가 완화되었다. 특히, 중량비로 제조된 Si NP/CNF 혼합물은 100회 사이클 후에도 가역 용량 800 mAh/g 초과와 용량 유지율 53.2%를 유지하였다. CNFs는 Si NPs와의 치밀한 화학적 결합이 없었음에도 불구하고 충·방전 과정 동안 응력 및 변형(stress and strain)을 완화하였다.

유도결합플라즈마를 이용해 합성한 Si 나노입자를 사용하여 수용성 카복실메틸셀룰로스(CMC)의 열처리를 통해 다양한 중량비의 실리콘-탄소(Si-C) 복합체를 제조하였다. Si-C 복합체의 미세구조는 X선 회절(XRD), 주사 전자 현미경(SEM) 및 라만 분광법을 이용하여 철저히 조사하였다. 그 결과, 비정질 C 매트릭스 내에 결정성 Si 나노입자가 균일하게 분포된 미세 크기의 Si-C 복합체를 얻었음을 확인하였다. 열처리 중 CMC로부터 CO2가 휘발되면서 발생한 기공은 탄소 농도가 증가할 때 검출되었다. 리튬 이온 배터리(LIB)의 양극 소재로 사용하기 위한 이들 Si-C 복합체의 전기화학적 특성 또한 조사하였다. C-매트릭스는 복합체의 치밀하고 균질한 미세구조로 인해 Si 나노입자의 용량 유지율과 속도 성능을 향상시켰다. Si-C 복합체(중량비 7:3)는 100사이클 이후에도 용량 유지율 88.9%로 가역 용량 > 1,000 mAh/g을 유지하였다. 1.5 C-rate에서의 가역 용량 비율은 0.1 C-rate에 비해 약 80%였다.

질소(N) 도핑 메조포러스 탄소가 장식된 TiO2 나노섬유를, 연속적인 전기방사 공정과 후속 열처리를 결합한 손쉬운 방법으로 처음으로 합성하였으며, 리튬이온 배터리 응용을 위한 양극(anode) 소재로서 조사하였다. 질소(N) 도핑 메조포러스 탄소가 장식된 TiO2 나노섬유는 매끈한 표면을 갖는 연속적인 1차원(1-D) 구조를 보였고 평균 두께는 ∼250 nm였다. 이 나노섬유는 서로 연결된 다결정(polycrystalline) TiO2와 질소 도핑된 탄소 내에 다수의 메조공을 모두 포함하였다. 전류 밀도 33 mA/g 조건에서 100 사이클 후에도 질소 도핑 메조포러스 탄소가 장식된 TiO2 나노섬유는 여전히 높은 용량 264 mAh/g을 나타내었다. 이러한 우수한 전기화학적 성능은 작은 TiO2 결정립, 질소 도핑 메조포러스 탄소, 유리한 1-D 나노구조, 그리고 충·방전 과정에서 발생하는 변형을 매끄럽게 수용하는 특성에 기인한다.

리튬이온 전지의 양극물질로서, 초임계 수열합성법을 이용해 $LiN{i}_{0.5}M{n}_{0.3}C{o}_{0.2}{O}_2$를 합성하고 850^{circ}C 및 900^{circ}C에서 각각 10시간 동안 공기 분위기에서 소성하였다. 열처리 온도가 분말 및 그 성능에 미치는 영향을 x-ray 회절 패턴, SEM-image, 물리적 특성 및 전기화학적 거동을 통해 연구하였다. 그 결과, 900^{circ}C에서 소성된 물질은 850^{circ}C에서 소성된 물질에 비해 입자크기가 더 큰 것으로 나타났으며, 특히 초기 가역 비용량이 163.84 mAh/g (0.1C/2.0-4.3V), 186.87 mAh/g (0.1C/2.0-4.5V)로 우수한 전기화학적 성능을 보였고, 50번째 충·방전 사이클 후 용량 유지율이 91.49% (0.2C/2.0-4.3V) 및 90.36% (0.2C/2.0-4.5V)로 높게 나타났다.

초록을 사용할 수 없습니다.

초록을 사용할 수 없습니다.

초록을 사용할 수 없습니다.