KR101786220B1 - 리튬-공기 전지용 액상 촉매 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬-공기 전지용 액상 촉매에 관한 것이다. 구체적으로는 1) 진공에서의 이온화 에너지가 5.5 내지 7.5 eV 또는 산화 전위가 3.0 내지 4.0 V 이고, 2) 전해질에 잘 용해되고, 전해질과 반응하지 않으며, 3) 원상태(RM)의 HOMO 준위가 Li2O2의 형성 에너지보다 낮되, 최대한 가깝고, 4) 산화된 상태(RM+)의 HOMO 준위가 전해질의 HOMO 준위보다 높은 산화 환원 매개체(Redox mediator, RM)를 포함하는 액상 촉매에 관한 것이다.

Description

리튬-공기 전지용 액상 촉매{A SOLUBLE CATALYST FOR LITHIUM-AIR BATTERY}
본 발명은 리튬-공기 전지용 액상 촉매에 관한 것이다. 구체적으로는 1) 진공에서의 이온화 에너지가 5.5 내지 7.5 eV 또는 산화 전위가 3.0 내지 4.0 V 이고, 2) 전해질에 잘 용해되고, 전해질과 반응하지 않으며, 3) 원상태(RM)의 HOMO 준위가 Li2O2의 형성 에너지보다 낮되, 최대한 가깝고, 4) 산화된 상태(RM+)의 HOMO 준위가 전해질의 HOMO 준위보다 높은 산화 환원 매개체(Redox mediator, RM)를 포함하는 액상 촉매에 관한 것이다.
현재 우리는 고속 성장에 따른 화석연료의 고갈, 환경오염, 지구온난화 등의 여러 문제에 당면해 있다. 이에 대한 대책으로 신재생 에너지를 개발하고 있으나, 눈에 띄는 성과를 올리고 있지 못하는 실정이다. 이에 따라 에너지 저장기술 특히, 전지 분야에 대한 관심이 급증하고 있다.
그 결과 리튬 이온 전지(Lithium ion battery)에서 눈부신 발전을 이루었으나, 현재까지 개발된 리튬 이온 전지는 에너지 밀도가 낮아 화석 연료를 대체하기에는 부족하다고 평가받고 있다.
이에 최근에는 미국, 일본 등의 선진국을 중심으로 하여 금속-공기 전지 특히, 리튬-공기 전지(Lithium-air battery)의 개발이 활발히 이루어지고 있다.
리튬-공기 전지는 공기로부터 무제한으로 공급받을 수 있는 산소를 활물질로 사용한다. 따라서 이론적으로 매우 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있다. 리튬-공기 전지의 이론 에너지 밀도를 계산하면 약 3,200 Wh/kg으로, 리튬 이온 전지보다 약 10 배 높다. 또한 산소를 활물질로 사용하므로 환경 친화적이라는 장점도 있다.
그러나 현재까지 개발된 리튬-공기 전지는 짧은 수명과 높은 분극(polarization)에 의한 과전압이라는 치명적인 단점이 있다. 이는 전지가 방전할 때 과산화리튬(Li2O2)이 생성되기 때문이다. 상기 과산화리튬은 이온 전도도가 낮다. 따라서 상기 과산화리튬이 리튬-공기 전지의 공기극(양극)을 덮으면 분극이 높게 일어나고 이에 따라 에너지 효율이 굉장히 낮아진다.
즉, 리튬-공기 전지에서 가장 중요한 연구과제는 상기 과산화리튬을 분해할 수 있는 적절한 촉매를 개발하는 것이라고 할 수 있다.
초기의 리튬-공기 전지는 고체의 산소 발생 촉매를 사용하였다. 상기 촉매는 고체상이었기 때문에 같은 고체상인 과산화리튬와 접촉하기 어려웠다. 결과적으로 촉매의 활성이 낮아 상기와 같은 문제를 해결할 수 없었다.
이에 최근에는 액상 촉매(soluble catalyste)에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 액상 촉매는 전해질 내부에서 자유롭게 움직일 수 있으므로 과산화리튬과 쉽게 접촉할 수 있다.
액상 촉매는 자신이 산화 환원되며 상기 과산화리튬을 분해하는 산화 환원 매개체(redox mediator)를 포함하는바, 이는 (종래기술1) P. G. Bruce, Charging a Li-O2 battery using a redox mediator, Nat. Chemistry 2013, 5, 489-494, (종래기술2) Kisuk Kang, Superior Rechargeability and Efficiency of Lithium-Oxygen Batteries: Hierarchical Air Electrode Architecture Combined with a Soluble Catalyst, Angewandte chemie 2014, 53, No.15, 3926-3931에서 자세히 다루고 있다.
상기 종래기술1은 리튬-공기 전지용 액상 촉매의 산화 환원 매개체로서 테트라티아풀바렌(tetrathafulcalene, TTF)을 제시하였다. 또한 본 발명자는 상기 종래기술2에서 산화 환원 매개체로 사용할 수 있는 또 하나의 대안으로서 요오드화리튬(lithium iodide, LiI)를 제시하였다.
이에 본 발명자는 상기 리튬-공기 전지의 문제점을 해결할 수 있는 진보된 새로운 액상 촉매를 개발하고자 연구에 매진한 끝에 본 발명에 이르게 되었다.
1. P. G. Bruce et. al, Charging a Li-O2 battery using a redox mediator, Nat. Chemistry 2013, 5, 489-494 2. Kisuk Kang et. al, Superior Rechargeability and Efficiency of Lithium-Oxygen Batteries: Hierarchical Air Electrode Architecture Combined with a Soluble Catalyst, Angewandte chemie 2014, 53, No.15, 3926-3931
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 다음과 같은 목적이 있다.
본 발명은 리튬-공기 전지의 방전시 생성되는 과산화리튬을 효과적으로 분해할 수 있는 액상 촉매를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기 액상 촉매로 사용할 수 있는 화합물의 조건을 제시하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 아래와 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 리튬-공기 전지용 액상 촉매는 진공에서 이온화 에너지가 5.5 내지 7.5 eV이고, 전해질에 용해된 상태의 산화 환원 매개체를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 리튬-공기 전지용 액상 촉매는 산화 전위(Oxidation potential)가 Li2O2의 평형전위(Equilibrium potential)보다 큰 산화 환원 매개체를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 산화 환원 매개체의 산화 전위는 3.0 내지 4.0 V일 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 전해질은 트리에틸렌글리콜디메틸에테르(Triethylene glycol dimethyl ether, TEGDME) 또는 다이메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide, DMSO)일 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 산화 환원 매개체는 상기 전해질과 반응하지 않는 유기 화합물일 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 산화 환원 매개체의 HOMO(Highest occupied molecular orbital) 준위는 Li2O2의 형성 에너지(formation energy)보다 낮을 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 전해질에서 상기 산화 환원 매개체의 이온화 에너지는 4.5 내지 6.0 eV일 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 산화 환원 매개체가 산화된 상태일 때의 HOMO 준위는 상기 전해질의 HOMO 준위보다 높을 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 산화 환원 매개체는 5,10-디메틸페나진(5,10-Dimethylphenazine, DMPZ), 1,5-나프탈렌다이아민(1,5-Naphthalenediamine, NDA), 4,N,N-트리메틸알라닌(4,N,N-Trimethylaniline, TMA) 또는 1-페닐피롤리딘(1-Phenylpyrrolidine,PPD)일 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 구성을 포함하여 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 리튬-공기 전지의 방전시 생성되는 과산화리튬을 효과적으로 분해하여 분극의 정도를 낮출 수 있는 액상 촉매를 제공할 수 있다.
본 발명은 상기 액상 촉매로 사용할 수 있는 화합물의 조건을 제시하여 새로운 액상 촉매의 개발에 기여할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 산화 환원 매개체와 전해질을 혼합하였을 때의 안정성을 평가하기 위한 FT-IR(Fourier transform infrared spectra)의 측정 결과이다.
도 2는 본 발명에 따른 산화 환원 매개체를 포함하는 액상 촉매를 적용한 셀의 충방전 평가 결과이다.
도 3은 전해질로 트리에틸렌글리콜디메틸에테르(Triethylene glycol dimethyl ether, TEGDME)를 사용하였을 때, 본 발명에 따른 산화 환원 매개체의 HOMO/LUMO 준위를 측정한 결과이다.
도 4는 전해질로 다이메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide, DMSO)를 사용하였을 때, 본 발명에 따른 산화 환원 매개체의 HOMO/LUMO 준위를 측정한 결과이다.
도 5는 산화 환원 매개체로 5,10-디메틸페나진(5,10-Dimethylphenazine, DMPZ)을 사용하였을 때, 이를 포함하는 액상 촉매를 적용한 셀의 XRD(X-ray diffraction) 분석 결과이다.
도 6은 도 5의 셀의 양극(공기극)의 SEM(scanning electron microscope) 분석 이미지이다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 발명의 요지가 변경되지 않는 한 다양한 형태로 변형될 수 있다. 그러나 본 발명의 권리범위가 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되면 공지 구성 및 기능에 대한 설명은 생략한다. 본 명세서에서 "포함"한다는 것은 특별한 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
리튬-공기 전지는 음극으로 리튬을 사용하고, 양극(공기극)은 활물질로 공기 중의 산소를 이용하는 전지 시스템이다. 음극에서는 리튬의 산화 및 환원 반응이, 양극에서는 외부로부터 유입되는 산소의 환원 및 산화 반응이 일어난다.
이하 화학식 1 및 화학식 2는 리튬-공기 전지의 방전시 음극과 양극에서 일어나는 반응을 나타낸 것이다.
[화학식 1]
(음극) : Li → Li+ + e-
[화학식 2]
(양극) : 2Li+ + O2 + 2e- → Li2O2
음극의 리튬 금속이 산화되어 리튬 이온과 전자가 생성된다. 리튬 이온은 전해질을 통해, 전자는 외부 도선 또는 집전체를 통해 양극으로 이동한다. 양극은 다공성이므로 외부 공기가 유입될 수 있다. 외부 공기에 포함된 산소는 양극에서 상기 전자에 의해 환원되고, Li2O2가 형성된다.
충전 반응은 이와 반대로 진행된다. 즉, 이하의 화학식 3과 같이 양극에서 Li2O2가 분해되어 리튬 이온과 전자가 생성된다.
[화학식 3]
(양극) Li2O2 → 2Li+ + O2 + 2e-
이 때 상기 Li2O2를 제대로 분해하지 못하면 전술한 바와 같은 높은 분극 현상에 의한 에너지 효율의 저하 문제가 생긴다.
본 발명에 따른 리튬-공기 전지용 액상 촉매(이하, '액상 촉매'라 함)는 상기 화학식 3의 반응을 촉진하여 Li2O2를 효과적으로 분해할 수 있다. 이에 따라 전지의 에너지 효율이 높아지고, 수명이 길어질 수 있다.
상기 액상 촉매는 산화 환원 매개체(Redox mediator, RM)를 통해 상기 화학식 3의 반응을 촉진한다.
상기 산화 환원 매개체의 메커니즘을 간략히 설명하면 다음과 같다.
[화학식 4]
1. 2RM → 2RM+ + 2e-
2. Li2O2 + 2RM+→ 2Li+ + O2 + 2RM
리튬-공기 전지가 충전될 때, 상기 산화 환원 매개체가 먼저 산화된다. 산화된 상태의 산화 환원 매개체(2RM+)는 전해질에 용해되어 있으므로 Li2O2와 손쉽게 접촉할 수 있다. 그러면 상기 산화된 상태의 산화 환원 매개체는 상기 Li2O2로부터 전자를 가져온다. 결과적으로 상기 Li2O2는 2Li+와 O2로 분해되고, 상기 산화된 상태의 산화 환원 매개체는 환원되어 원상태로 돌아간다.
상기 매커니즘이 원활하게 작동하기 위해서는 즉, Li2O2의 분해를 촉진하기 위해서는 상기 산화 환원 매개체가 먼저 산화되어야 한다. 이는 상기 산화 환원 매개체의 산화 전위(Oxidation potential 또는 Oxidation voltage)가 Li2O2의 평형전위(Equilibrium potential)보다 커야 한다는 것을 의미한다.
다만 너무 차이가 많이 나면 전지에 걸리는 전압이 커지기 때문에 충방전 효율(방전전압 / 충전전압)이 나빠질 수 있다. 따라서 상기 산화 환원 매개체의 산화 전위는 Li2O2의 평형전위보다 커야하되, 가까울수록 바람직할 수 있다.
구체적으로는 상기 Li2O2의 평형전위는 약 2.96 V이므로 상기 산화 환원 매개체의 산화 전위는 3.0 V 내지 4.0 V의 범위에 속하는 것이 바람직할 수 있다.
또한 상기와 같은 조건은 이온화 에너지(Ionization energy)로도 설명할 수 있다. 상기 화학식 4의 메커니즘은 상기 산화 환원 매개체가 산화 즉, 전자를 잃으면서 시작하기 때문이다.
전술한 종래기술1은 상기 산화 환원 매개체로서 테트라티아풀바렌(tetrathafulcalene, TTF), 페로센(Ferrocene), tetramethyl-p-phenylenediamine(TMPD)를 제시하였다. 상기 화합물의 진공에서의 이온화 에너지는 각각 6.8 eV, 6.7 eV 및 6.7 eV라 알려져 있다.
즉, 상기 산화 환원 매개체는 이온화 에너지가 5.5 eV 내지 7.5 eV일 때 액상 촉매로서의 기능을 발휘할 수 있음을 알 수 있다.
이에 따라 본 발명자들은 산화 전위가 3.0 V 내지 4.0 V이거나, 진공에서의 이온화 에너지가 5.5 eV 내지 7.5 eV인 다양한 유기 화합물을 상기 산화 환원 매개체로 사용하여 리튬-공기 전지를 제조하였다.
선택된 유기 화합물은 5,10-디메틸페나진(5,10-Dimethylphenazine, 이하 DMPZ), 1,5-나프탈렌다이아민(1,5-Naphthalenediamine, 이하 NDA), 4,N,N-트리메틸알라닌(4,N,N-Trimethylaniline, 이하 TMA), 1-페닐피롤리딘(1-Phenylpyrrolidine, 이하 PPD) 및 나프타센(Naphthacene, 이하 NC)으로, 그 물성을 이하의 표 1에 나타냈다.
명칭 구조식 진공에서의
이온화에너지[eV]* 		전해질(TEGDME)에서의 산화전위[V]


TTF
Figure 112015113599222-pat00001

6.34

3.42
Lithium iodide - N/A 3.6



NDA
Figure 112015113599222-pat00002


6.51


3.64



TMA
Figure 112015113599222-pat00003


6.79


3.81

PPD
Figure 112015113599222-pat00004
6.84
3.89

NC
Figure 112015113599222-pat00005
6.55
3.83



DMPZ
Figure 112015113599222-pat00006


5.89


3.10
* 실제 계산치
리튬-공기 전지 셀(Cell)의 제조
양극(공기극)은 케첸블랙(Ketjen black)과 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)의 혼합물을 니켈 메쉬(Ni mesh)에 도포하여 제조하였다. 음극으로 리튬 금속을 사용하였다.
상기 셀은 리튬 금속(음극), 분리막(Separator), 양극 순으로 적층하여 제조하였다. 전해질로 1M LiTFSI-TEGDME(lithium bis(trifluoromethane)sulfonamide in tetraethylene glycol dimethylether)를 사용하였다.
산화 환원 매개체의 안전성 평가
상기 산화 환원 매개체를 포함하는 액상 촉매는 상기 전해질에 용해되어 상기 셀에 도입된다. 따라서 상기 산화 환원 매개체는 상기 전해질에 용해될 수 있어야 한다. 또한 상기 전해질과 반응하지 않고 안정적으로 존재해야 한다.
이에 따라 상기 NDA, TMA, PPD, NC 및 DMPZ를 일정 농도로 하여 상기 전해질과 혼합한 뒤 FT-IR(Fourier transform infrared spectra)로 안정성을 평가하였다. 그 결과는 도 1과 같다.
도 1을 참조하면, 산화 환원 매개체와 전해질을 혼합하였을 때, NDA, TMA, PPD, NC 및 DMPZ의 피크들이 사라졌음을 알 수 있다. 이는 상기 NDA, TMA, PPD, NC 및 DMPZ가 모두 전해질에 잘 용해될 수 있음을 의미한다.
또한 10일이 지난 후의 피크에 변화가 없으므로, 상기 NDA, TMA, PPD, NC 및 DMPZ가 전해질과 반응하지 않고 안정적으로 존재할 수 있음을 알 수 있다.
리튬-공기 전지 셀의 충방전 평가
상기 셀을 1 mAh의 제한된 용량으로 방전시킨 뒤, 0.2 mA/cm2의 일정한 전류를 인가하여 충전하였다. 충전전압 및 방전전압은 2.0 V 내지 4.5 V의 범위에 속하였다. 셀 내부는 고순도의 산소가 지속적으로 공급될 수 있도록 조절되었다.
충방전 평가에 따른 결과는 도 2와 같다.
상기 전해질에 상기 산화 환원 매개체를 포함하는 액상 촉매를 첨가하지 않은 셀을 Reference로 하였다. 각 그래프는 상기 전해질에 상기 NDA, TMA, PPD, NC 및 DMPZ을 포함하는 액상 촉매를 첨가한 셀의 충방전 평가 결과이다.
도 2를 참조하면, Reference의 경우 분극이 강하게 일어나 약 1.5 V의 높은 과충전 현상이 관찰되었다.
반면에 액상 촉매를 포함하는 셀의 경우 상기와 같은 과충전 현상이 많이 감소하였음을 알 수 있다. 이는 상기 셀의 충전시 액상 촉매에 포함된 상기 NDA, TMA, PPD 및 DMPZ가 상기 Li2O2의 분해 반응을 촉진한 결과라고 할 수 있다. 그 중 상기 DMPZ을 포함하는 셀이 가장 효과적으로 분극 현상을 줄인 것을 확인할 수 있다.
다만 NC의 경우 방전 시 그래프가 굉장히 불안정하다. 상기 셀의 방전은 고순도의 산소 분위기에서 이루어지는데, 상기 NC는 빛과 공기에 굉장히 불안정한 물질이므로 이때 부반응을 일으키기 때문으로 보인다. 따라서 상기 NC는 산화 환원 매개체로 사용하기에는 부적합할 수 있다.
산화 환원 매개체의 HOMO/ LUMO 준위 측정
도 2를 통해 상기 DMPZ가 가장 효과적으로 Li2O2를 분해할 수 있음을 알 수 있었다. 이와 같이 어떠한 산화 환원 매개체를 사용하였느냐에 따라 Li2O2 분해 반응의 촉진 정도(촉매의 활성)가 달라질 수 있다.
이를 이온화 에너지의 측면에서 설명하기 위해 상기 NDA, TMA, PPD, NC 및 DMPZ의 전해질 내에서의 HOMO(Highest occupied molecular orbital)/LUMO(Lowest unoccupied molecular orbital) 준위를 측정하였다. 그 결과는 도 3 및 도 4와 같다.
도 3은 전해질로 트리에틸렌글리콜디메틸에테르(Triethylene glycol dimethyl ether, TEGDME)를 사용하였을 때의 결과이고, 도 4는 다이메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide, DMSO)를 사용하였을 때의 결과이다.
도 3 및 도 4의 Li2O2의 에너지 수준은 Li2O2의 형성 에너지(Formation energy)를 나타낸 것이다. 상기 Li2O2의 형성 에너지는 2Li+ + O2 + 2e- → Li2O2 반응의 표준 생성 에너지(25℃, 1기압 기준)를 의미한다
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 NDA, TMA, PPD, NC 및 DMPZ가 원상태(RM)일 때 HOMO 준위가 모두 상기 Li2O2의 형성 에너지(Formation energy)보다 낮다는 것을 알 수 있다.
상기 산화 환원 매개체가 원상태(RM)일 때의 HOMO 준위는 상기 산화 환원 매개체의 전해질의 존재하에서의 1차 이온화 에너지로 볼 수 있다. 따라서 상기 HOMO 준위가 상기 Li2O2의 형성 에너지(Formation energy)보다 낮다는 것은 상기 산화 환원 매개체가 상기 Li2O2보다 먼저 산화된다는 의미이다. Li2O2의 분해 반응을 촉진하기 위해서는 상기 산화 환원 매개체의 산화가 선행되어야 한다는 것은 전술한 바 있다(화학식 4 참조).
따라서 상기 산화 환원 매개체가 그 역할을 다하기 위해서는 원상태(RM)일 때 HOMO 준위가 상기 Li2O2의 형성 에너지(Formation energy)보다 낮아야함을 알 수 있다.
다만 상기 HOMO 준위가 낮을수록 실제 셀에서의 충전전압이 세지기 때문에 과도하게 낮은 경우에는 충방전 효율(방전전압/충전전압)이 저하될 우려가 있다. 따라서 이온화 에너지(전해질에서의 1차 이온화 에너지, 원상태일 때의 HOMO 준위)가 4.5 V 내지 6.0 V, 바람직하게는 4.5 V 내지 5.0 V에 속하는 산화 환원 매개체를 선택하는 것이 좋을 수 있다.
다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하면 상기 TMA, PPD가 산화된 형태(RM+)일 때의 HOMO 준위가 전해질(TEGDME 및 DMSO)의 HOMO 준위보다 낮다는 것을 알 수 있다.
이와 같은 경우 상기 TMA, PPD의 산화된 형태(RM+)는 Li2O2가 아니라 전해질로부터 전자를 가져오게 된다. Li2O2가 분해되기 위해서는 RM+가 Li2O2와 접촉하여 상기 Li2O2로부터 전자를 가져와야 한다(화학식 4 참조). 그러나 상기 TMA, PPD는 산화된 형태(RM+)의 HOMO 준위가 전해질의 HOMO 준위보다 낮기 때문에, Li2O2와 접촉하기 전에 전해질로부터 전자를 가져와 환원되어 원상태(RM)로 돌아간다.
따라서 상기 TMA, PPD는 산화 환원 매개체로서의 효율이 좋지 않을 수 있다.
결과적으로 상기 산화 환원 매개체가 산화된 상태(RM+)일 때의 HOMO 준위는 전해질의 HOMO 준위보다 높아야 한다.
산화 환원 매개체의 선정 및 실제 LI 2 O 2 분해의 관찰
전술한 산화 환원 매개체의 조건을 살펴보면 아래와 같다.
1) 진공에서의 이온화 에너지가 5.5 내지 7.5 eV 또는 산화 전위가 3.0 내지 4.0 V 일 것
2) 전해질에 잘 용해되고, 전해질과 반응하지 않을 것
3) 원상태(RM)의 HOMO 준위가 LI2O2의 형성 에너지보다 낮되, 최대한 가까울 것
4) 산화된 상태(RM+)의 HOMO 준위가 전해질의 HOMO 준위보다 높을 것
상기 NDA, TMA, PPD, NC 및 DMPZ 중에서 NC는 빛과 산소에 불안정하므로 방전시 부반응이 일어나므로 적합하지 않다. 또한 TMA 및 PPD는 전술한 바와 같이 산화된 상태(RM+)의 HOMO 준위가 전해질의 HOMO 준위보다 낮아 촉매의 효율이 좋지 않을 수 있다. NDA는 도 3 및 도 4에서 알 수 있듯이 원상태(RM)의 HOMO 준위가 너무 낮아 셀의 충전전압을 높일 우려가 있다. 이는 충방전 효율의 저하로 이어질 수 있다.
결과적으로 DMPZ를 산화 환원 매개체로 포함하는 액상 촉매가 가장 바람직함을 알 수 있다. 전해질에서 안정하고, 부반응이 일어나지 않으며, 분극 및 과전압 현상을 가장 크게 낮출 수 있고, 충방전 효율이 좋기 때문이다.
따라서 DMPZ를 산화 환원 매개체로 포함하는 액상 촉매를 적용한 셀을 제조한 뒤, XRD(X-ray diffraction) 분석 및 SEM(scanning electron microscope) 분석을 수행하였다. 그 결과는 도 5 및 도 6과 같다.
도 5를 참조하면, 상기 셀을 충전 및 방전할 때 Li2O2가 분해 및 형성된다는 것을 알 수 있다.
처음 셀을 준비하였을 때의 그래프(As-prepared)와 방전한 뒤의 그래프(Discharged)를 비교하면, Li2O2의 피크가 나타났음을 확인할 수 있다. 이는 방전시 Li2O2가 형성되었음을 의미한다.
방전한 뒤의 그래프(Discharged)와 재충전하였을 때의 그래프(Re-charged)를 비교하면 다시 Li2O2의 피크가 사라졌음을 확인할 수 있다. 이는 충전시 Li2O2가 완전히 분해되었음을 의미한다.
도 6을 참조하면, Li2O2의 분해 및 형성을 좀 더 명확히 확인할 수 있다.
리튬-공기 전지가 방전됨에 따라(A) 양극(공기극)의 표면에 환형의 Li2O2가 형성됨을 알 수 있다. 방전이 완료된 후 다시 충전하면(B) 상기 Li2O2가 완전히 분해되어 더 이상 발견되지 않음을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명은 리튬-공기 전지의 방전시 생성되는 Li2O2를 효과적으로 분해하여 분극을 낮추고, 충방전 효율 및 수명을 높일 수 있는 새로운 액상 촉매를 제공하였다는 기술적 의의가 있다.
또한 본 발명은 리튬-공기 전지의 액상 촉매로 사용되기 위한 조건을 발견 및 제시함으로써 후속 연구에 기여할 수 있다는 기술적 의의가 있다.
이상으로 본 발명에 대해 상세히 설명하였다. 다만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에 의해 정해진다.

Claims (10)

  1. 진공에서 이온화 에너지가 5.5 내지 7.5 eV이고, 전해질에 용해된 상태인 산화 환원 매개체를 포함하고,
    상기 산화 환원 매개체는 5,10-디메틸페나진(5,10-Dimethylphenazine, DMPZ), 1,5-나프탈렌다이아민(1,5-Naphthalenediamine, NDA), 4,N,N-트리메틸알라닌(4,N,N-Trimethylaniline, TMA) 또는 1-페닐피롤리딘(1-Phenylpyrrolidine,PPD)인 리튬-공기 전지용 액상 촉매.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 환원 매개체의 산화 전위(Oxidation potential)는 Li2O2의 평형전위(Equilibrium potential)보다 큰 리튬-공기 전지용 액상 촉매.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 산화 환원 매개체의 산화 전위는 3.0 내지 4.0 V인 리튬-공기 전지용 액상 촉매.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전해질은 트리에틸렌글리콜디메틸에테르(Triethylene glycol dimethyl ether, TEGDME) 또는 다이메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide, DMSO)인 리튬-공기 전지용 액상 촉매.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 환원 매개체는 상기 전해질과 반응하지 않는 리튬-공기 전지용 액상 촉매.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 환원 매개체의 HOMO(Highest occupied molecular orbital) 준위는 Li2O2의 형성 에너지(formation energy)보다 낮은 리튬-공기 전지용 액상 촉매.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전해질에서 상기 산화 환원 매개체의 이온화 에너지는 4.5 내지 6.0 eV인 리튬-공기 전지용 액상 촉매.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 환원 매개체가 산화된 상태일 때의 HOMO 준위는 상기 전해질의 HOMO 준위보다 큰 리튬-공기 전지용 액상 촉매.
  9. 삭제
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 액상 촉매를 포함하는 리튬-공기 전지.
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JP2016127981A JP6716364B2 (ja) 2015-11-20 2016-06-28 リチウム−空気電池用液相触媒
DE102016212476.5A DE102016212476A1 (de) 2015-11-20 2016-07-08 Löslicher Katalysator für eine Lithium-Luft-Batterie
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11764428B2 (en) 2021-03-17 2023-09-19 Hyundai Motor Company Lithium-air battery including a redox mediator and protective layer, and method of manufacturing the same

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10665867B2 (en) * 2017-06-12 2020-05-26 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Air battery including negative electrode, positive electrode, nonaqueous metal ion conductor, and oxygen evolving catalyst
JP6920637B2 (ja) * 2017-08-31 2021-08-18 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 リチウム空気電池
US11289745B2 (en) * 2019-01-09 2022-03-29 GM Global Technology Operations LLC Elimination of gaseous reactants in lithium ion batteries
CN115868070A (zh) 2020-01-20 2023-03-28 丰田自动车欧洲公司 包含固体有机催化剂的可再充电的非含水锂-空气电池组电池
KR102287471B1 (ko) * 2020-01-28 2021-08-09 숙명여자대학교산학협력단 포피린 기반의 촉매 시스템을 이용한 리튬 전지용 양극 및 상기 리튬 전지용 양극을 포함하는 리튬 전지
WO2021153865A1 (ko) * 2020-01-28 2021-08-05 숙명여자대학교산학협력단 포피린 기반의 촉매 시스템, 상기 촉매 시스템을 이용한 리튬 전지용 양극 및 상기 리튬 전지용 양극을 포함하는 리튬 전지
CN112599789B (zh) * 2021-01-14 2022-03-08 河南大学 一种双阴极结构及利用其制得的锂氧电池

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011515795A (ja) 2008-02-29 2011-05-19 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア イオン性液体を含有する触媒インクならびに電極、ｃｃｍ、ｇｄｅおよびｍｅａの製造における該触媒インクの使用
US20140370405A1 (en) 2012-02-28 2014-12-18 Uchicago Argonne, Llc Organic non-aqueous cation-based redox flow batteries

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5114823B2 (ja) * 2004-05-31 2013-01-09 日産自動車株式会社 光電気化学電池
CN101385185B (zh) * 2006-02-17 2011-05-04 3M创新有限公司 含有三苯胺氧化还原梭的可充电锂离子电池
US20080096061A1 (en) 2006-06-12 2008-04-24 Revolt Technology Ltd Metal-Air Battery or Fuel Cell
JP4458117B2 (ja) * 2007-06-01 2010-04-28 株式会社豊田中央研究所 非水系空気電池及びその触媒
GB0801199D0 (en) * 2008-01-23 2008-02-27 Acal Energy Ltd Fuel cells
US20090288946A1 (en) 2008-05-23 2009-11-26 Lumimove, Inc. Dba Crosslink Electroactivated film with layered structure
JP5320819B2 (ja) 2008-05-26 2013-10-23 トヨタ自動車株式会社 空気電池
CN102804470B (zh) * 2009-06-09 2015-04-15 夏普株式会社 氧化还原液流电池
TW201121395A (en) * 2009-12-03 2011-06-16 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Server heat dissipation device and fan module thereof
JP2011134594A (ja) 2009-12-24 2011-07-07 Toyota Motor Corp 金属空気電池
JP2011171072A (ja) 2010-02-17 2011-09-01 Toyota Central R&D Labs Inc 非水電解液空気電池
EP2561573B1 (en) * 2010-04-23 2020-03-25 Liox Power, Inc. Soluble oxygen evolving catalysts for rechargeable metal-air batteries
JP5795495B2 (ja) * 2010-06-04 2015-10-14 住友化学株式会社 芳香族アミン変性物、レドックス触媒、燃料電池用電極触媒および燃料電池
KR101257852B1 (ko) * 2010-11-05 2013-04-24 삼성전자주식회사 리튬 공기 전지용 양극, 그 제조방법 및 이를 채용한 리튬 공기 전지
KR20120063163A (ko) * 2010-12-07 2012-06-15 삼성전자주식회사 리튬 공기 전지
TW201301538A (zh) * 2011-06-28 2013-01-01 Ind Tech Res Inst 複合型染料敏化光電裝置
KR101899483B1 (ko) * 2011-11-30 2018-09-18 삼성전자주식회사 리튬 공기 전지
US9300000B2 (en) * 2012-02-28 2016-03-29 Uchicago Argonne, Llc Organic non-aqueous cation-based redox flow batteries
EP2852993A4 (en) * 2012-05-23 2015-12-23 Basf Se METHOD FOR PRODUCING A CARBOHYDRATED MANGANIC OXIDE CATALYST AND USE THEREOF IN RECHARGEABLE LITHIUM AIR BATTERIES
CN103311602B (zh) * 2013-04-11 2016-01-13 华中科技大学 一种锂空气电池用电解液及相应的电池产品
CN104716405B (zh) * 2013-12-15 2017-03-15 中国科学院大连化学物理研究所 一种锂‑空气电池结构

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011515795A (ja) 2008-02-29 2011-05-19 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア イオン性液体を含有する触媒インクならびに電極、ｃｃｍ、ｇｄｅおよびｍｅａの製造における該触媒インクの使用
US20140370405A1 (en) 2012-02-28 2014-12-18 Uchicago Argonne, Llc Organic non-aqueous cation-based redox flow batteries

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H.-D. Lim et al., "Superior Rechargeability and Efficiency of Lithium-Oxygen Batteries: Hierarchical Air Electrode Architecture Combined with a Soluble Catalyst", ANGEW. CHEM. 2014, 126, pp4007-4012

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11764428B2 (en) 2021-03-17 2023-09-19 Hyundai Motor Company Lithium-air battery including a redox mediator and protective layer, and method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP6716364B2 (ja) 2020-07-01
DE102016212476A1 (de) 2017-05-24
KR20170059301A (ko) 2017-05-30
US20170149105A1 (en) 2017-05-25
CN106732766B (zh) 2021-04-27
CN106732766A (zh) 2017-05-31
US10069182B2 (en) 2018-09-04
JP2017098215A (ja) 2017-06-01

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