바이오매스 기반 도전재를 적용한 유기 라디칼 전지의 전기화학적 특성 = Electrochemical performance of rechargeable organic radical battery using biomass carbon conductor

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 유기 라디칼 전지의 활물질 중 poly(2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl-4-vinyl ether) (PTVE) 와 바 이오매스 대나무를 탄화시켜 활성탄소를 도전재로 활용하여 친환경 유기 라디칼 전지를 제조하였다. PTVE는 안정적인 방전 전위(3.55 V), 높은 이론 용량(135 mAh/g), 빠른 산화-환원 반응 속도로 고속 충-방전 특성이 우수하여 리튬 이차전 지를 대체하기 위한 유망한 이차전지 중 하나이다. 분자구조 내에 니트록옥사이드 라디칼을 가지는 PTVE는 전기전도도 가 낮아 전기화학적 특성이 낮다. 이를 개선하고자 친환경 전지의 도전재로 대나무를 탄화시켜 활성화시켰다. 대나무 활 성탄은 높은 양의 sp2 구조를 가지고 있으며 섬유질이 발달한 표면이 거친 일자형 입자 형상을 가지고 있다. 대나무활성 탄을 도전재로 사용한 PTVE 전지는 0.1 C에서 102.1 mAh/g, 0.5 C에서 79.4 mAh/g의 방전 용량을 보이며 100사이클 후 용량 유지율이 97%로 우수한 전기화학적 특성을 보인다

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, an eco-friendly organic radical battery is prepared by biomass bamboo conductor and poly(2,2,6,6- tetramethylpiperidine-N-oxyl-4-vinyl ether) (PTVE) as organic radical electrode material. PTVE is one of the promising rechargeable batteries to replace the lithium-ion batteries due to its stable discharge potential (3.55V), high theoretical capacity (135 mAh/g), and excellent high-speed charge-discharge characteristics with fast oxidation-reduction reaction. PTVE, which has nitroxide radicals in its molecular structure, has low electrical conductivity and poor electrochemical properties. To improve this, bamboo was carbonized and activated for eco-friendly battery system. Bamboo activated carbon has a high amount of sp2 structure and has a straight particle shape with a rough surface. The PTVE battery using bamboo activated carbon as a conductive material shows 102.1 mAh/g discharge capacity at 0.1 C and 79.4 mAh/g at 0.5 C, and has excellent electrochemical properties with high-capacity retention of 97% after 100 cycles.