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이산화탄소 포집 및 탄산염 전환 통해 제조된 FeCO3/rGO 복합체: 리튬이온 전지향 고성능 음극재 KCI 등재
FeCO3/rGO Composites Prepared by CO2 Capture and Carbonate Conversion: Anode Material in Lithium-Ion Batteries with Enhanced Performance
탄소중립을 달성하기 위해 이산화탄소를 포집, 활용, 저장하는 CCUS (carbon capture, utilization, and storage) 기 술이 주목받고 있다. 본 연구에서는 광물 탄산화 공정을 통해 이산화탄소를 탄산염으로 고정하고, 이를 전이금속 탄산염 기반 리튬이온배터리 (LIB) 음극재로 적용하였다. CO2를 탄산염으로 고정후, 이를 이용해 FeCO3를 제작하고, rGO와 PVP와 복합 화하여 음극활물질에 적용하였다. rGO는 전기전도도를 높이고 입자의 응집을 방지해 부피 팽창을 완화했으며, PVP는 계면 활성제로서 입자 표면을 안정화하여 구조적 안정성을 강화하였다. FeCO3-PVP-rGO 복합체 기반한 음극재에 대한 전기화학 테스트를 진행한 결과, FeCO3/rGO 복합체는 1,620 mA/g의 전류 밀도에서 50 사이클 이후에도 400 mAh/g의 용량을 유지하 였다. 본 연구는 CO2를 고부가가치 배터리 소재로 전환하여 차세대 에너지 저장 기술에 기여할 가능성을 시사한다.
Carbon capture, utilization, and storage (CCUS) technology is gaining attention as a key strategy for achieving carbon neutrality. In this study, CO2 was permanently fixed as carbonate through mineral carbonation and applied as an anode material for lithium-ion batteries (LIBs). Such a fixed carbonate by CO2 was used for the preparation of FeCO3 composited with rGO and PVP to be applied as active material for negative electrode in LIBs. Specifically, the rGO plays an important role to increase electrical conductivity and prevent particle aggregation while PVP could stabilize the particle surface and strengthened structural stability as a surfactant. Electrochemical tests showed that the LIB anode material based on FeCO3/rGO composite maintained a capacity of 400 mAh/g after 50 cycles at a current density of 1,620 mA/g. This study suggests the converting CO2 into valuable battery materials can contribute to future energy storage technologies.
Abstract
1. Introduction
2. Experimental
2.1. Materials
2.2. Synthesis of sodium carbonate through mineralcarbonation
2.3. Synthesis of FeCO3/rGO composite
2.4. Material characterization
2.5. Electrochemical characterization
3. Results and Discussion
3.1. Material characterization
3.2. Electrochemical analysis
4. Conclusion
Acknowledgement
Reference
