에너지 부문위원회 II: 차세대 지속가능 그린 에너지 구현을 위한 첨단 소재 및 융합 혁신 기술 II (1)
[2L3-2]
Hierarchical Pore Design of Hard Carbon Anode Materials for High-Performance Potassium-Ion Storage
발표자황종국 (아주대학교)
연구책임자황종국 (아주대학교)
Abstract
하드카본은 구조적 적합성과 낮은 제조비용으로 인해 차세대 나트륨 및 포타슘 이온 배터리의 유력한 음극재로 주목받고 있으나, 에너지 밀도와 출력 특성의 향상이 지속적으로 요구된다. 최근 기공 구조 제어가 이온 저장 전위를 낮추고 가역 용량을 향상시키는 효과적인 전략으로 부각되고 있지만, 기공의 크기와 개방도가 포타슘 이온 저장에 미치는 영향에 대한 기초적인 이해는 여전히 부족하다.
본 연구에서는 이러한 한계를 극복하기 위해, 외부 표면이 밀폐되고 내부에 ultramicropore와 mesopore가 계층적으로 연결된 폐쇄형 계층 다공성 구형 하드카본(closed hierarchically porous carbon spheres)을 설계하였다. 이 구조는 ultramicropore를 통한 이온 저장 활성점 농도 증가와 mesopore를 통한 신속한 고체상 이온 수송이라는 각 기공의 이점을 유지하면서, 외부 표면에서의 부반응을 억제하고 에너지 밀도를 효과적으로 향상시킨다.
이를 통해 본 연구는 초기 쿨롱 효율 저하와 과도한 전해질 소모 등 기존 open porous 구조의 근본적 한계를 극복하고, 고 ICE, 고 에너지 및 고 출력 특성을 동시에 달성할 수 있는 하드카본 설계 전략을 제시한다.