SCOPUS
KCI등재
계층적 구조를 갖는 중공형 ZnCo<sub>2</sub>O<sub>4</sub> 나노 섬유의 리튬이온배터리 음극소재 적용 = Application of Hierarchical ZnCo<sub>2</sub>O<sub>4</sub> Hollow Nanofibers for Anode Materials in Lithium-ion Batteries
저자
정순영 (충북대학교) ; 조중상 (충북대학교) ; Jeong, Sun Young ; Cho, Jung Sang 연구자관계분석
발행기관
학술지명
Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHAK) (Korean Chemical Engineering Research)
권호사항
발행연도
2019
작성언어
Korean
주제어
등재정보
SCOPUS,KCI등재,ESCI
자료형태
학술저널
발행기관 URL
수록면
559-564(6쪽)
DOI식별코드
제공처
소장기관
본 연구는 계층적 구조를 갖는 중공형 $ZnCo_2O_4$ 나노 섬유를 전기방사공정 및 후 열처리 공정을 통해 합성했다. 용액에 polystyrene (PS) 나노비드를 첨가하여 방사된 섬유는 열처리 과정을 통해 PS가 제거됨으로써 구조체 내 기공이 균일하게 생성되었으며 이는 구조체 내로 열 전달 및 가스의 침투를 원활히 함으로써 계층적 구조를 갖는 중공형 $ZnCo_2O_4$ 나노 섬유가 합성될 수 있었다. 계층적 구조를 갖는 중공형 $ZnCo_2O_4$ 나노 섬유를 리튬 이차전지의 음극활물질로 적용한 결과, $1.0A\;g^{-1}$의 높은 전류밀도에도 불구하고 300 사이클 동안 $815mA\;h\;g^{-1}$ ($646mA\;h\;cm^{-3}$)의 높은 가역 용량을 유지했다. 반면 $ZnCo_2O_4$ 나노 분말은 300 사이클 후 $487mA\;h\;g^{-1}$ ($450mA\;h\;cm^{-3}$)의 방전 용량을 나타냈다. 계층적 구조를 갖는 중공형 $ZnCo_2O_4$ 나노 섬유의 우수한 리튬 저장 특성은 중공 구조 및 섬유 표면을 구성하는 $ZnCo_2O_4$ 나노결정에 기인한 결과이다. 본 연구에서 제안한 계층적 구조를 갖는 중공형 나노 섬유 구조체는 다양한 금속 산화물로 확장 적용이 가능하며 에너지 저장 분야를 포함한 여러 분야에 응용 가능하다.
더보기Hierarchical $ZnCo_2O_4$ hollow nanofibers were prepared by electrospinning and subsequent heat-treatment process. The spinning solution containing polystyrene (PS) nanobeads was electrospun to nanofibers. During heat-treatment process, PS nanobeads in the composite were decomposed and therefore generated numerous pores uniformly in the structure, which facilitated the heat transfer and gas penetration into the structure. The resulting hierarchical $ZnCo_2O_4$ hollow nanofibers were applied as an anode material for lithium-ion batteries. The discharge capacity of the nanofibers was $815mA\;h\;g^{-1}$ ($646mA\;h\;cm^{-3}$) after the 300th cycle at a high current density of $1.0A\;g^{-1}$. However, $ZnCo_2O_4$ nanopowders showed the discharge capacity of $487mA\;h\;g^{-1}$ ($450mA\;h\;cm^{-3}$) after 300th cycle. The excellent lithium ion storage property of the hierarchical $ZnCo_2O_4$ hollow nanofibers was attributed to the synergetic effects of the hollow nanofiber structure and the $ZnCo_2O_4$ nanocrystals composing the shell. The hierarchical hollow nanofiber structure introduced in this study can be extended to various metal oxides for various applications, including energy storage.
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