KR102615761B1 - 금속-유기 골격체 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치 - Google Patents
금속-유기 골격체 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102615761B1 KR102615761B1 KR1020210156887A KR20210156887A KR102615761B1 KR 102615761 B1 KR102615761 B1 KR 102615761B1 KR 1020210156887 A KR1020210156887 A KR 1020210156887A KR 20210156887 A KR20210156887 A KR 20210156887A KR 102615761 B1 KR102615761 B1 KR 102615761B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- metal
- organic framework
- energy storage
- mah
- weight
- Prior art date
Links
- 239000012621 metal-organic framework Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 239000013110 organic ligand Substances 0.000 claims abstract description 29
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 21
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 16
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 11
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 claims description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims description 3
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GVIJJXMXTUZIOD-UHFFFAOYSA-N thianthrene Chemical compound C1=CC=C2SC3=CC=CC=C3SC2=C1 GVIJJXMXTUZIOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 208000028659 discharge Diseases 0.000 description 27
- 239000013274 2D metal–organic framework Substances 0.000 description 20
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 15
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 15
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- OQDBYVXULBGUKQ-UHFFFAOYSA-N 3,10,13,20,23,30-hexathiaheptacyclo[20.8.0.02,11.04,9.012,21.014,19.024,29]triaconta-1,4,6,8,11,14,16,18,21,24,26,28-dodecaene Chemical compound c1ccc2sc3c(sc2c1)c1sc2ccccc2sc1c1sc2ccccc2sc31 OQDBYVXULBGUKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 12
- -1 summer black Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 125000005605 benzo group Chemical group 0.000 description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 7
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 6
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 5
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 5
- 238000005160 1H NMR spectroscopy Methods 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 2
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000001840 matrix-assisted laser desorption--ionisation time-of-flight mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 2
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 description 2
- LQNUZADURLCDLV-UHFFFAOYSA-N nitrobenzene Chemical compound [O-][N+](=O)C1=CC=CC=C1 LQNUZADURLCDLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 2
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 2
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- MFRIHAYPQRLWNB-UHFFFAOYSA-N sodium tert-butoxide Chemical compound [Na+].CC(C)(C)[O-] MFRIHAYPQRLWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- CYPYTURSJDMMMP-WVCUSYJESA-N (1e,4e)-1,5-diphenylpenta-1,4-dien-3-one;palladium Chemical compound [Pd].[Pd].C=1C=CC=CC=1\C=C\C(=O)\C=C\C1=CC=CC=C1.C=1C=CC=CC=1\C=C\C(=O)\C=C\C1=CC=CC=C1.C=1C=CC=CC=1\C=C\C(=O)\C=C\C1=CC=CC=C1 CYPYTURSJDMMMP-WVCUSYJESA-N 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 239000006245 Carbon black Super-P Substances 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005004 MAS NMR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- MUALRAIOVNYAIW-UHFFFAOYSA-N binap Chemical compound C1=CC=CC=C1P(C=1C(=C2C=CC=CC2=CC=1)C=1C2=CC=CC=C2C=CC=1P(C=1C=CC=CC=1)C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 MUALRAIOVNYAIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000006231 channel black Substances 0.000 description 1
- 238000004440 column chromatography Methods 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000002050 diffraction method Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- SXZIXHOMFPUIRK-UHFFFAOYSA-N diphenylmethanimine Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=N)C1=CC=CC=C1 SXZIXHOMFPUIRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NJLLQSBAHIKGKF-UHFFFAOYSA-N dipotassium dioxido(oxo)titanium Chemical compound [K+].[K+].[O-][Ti]([O-])=O NJLLQSBAHIKGKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003480 eluent Substances 0.000 description 1
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000006232 furnace black Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 1
- 239000006233 lamp black Substances 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- DTNVUQFDRPOYFY-UHFFFAOYSA-L nickel(2+);diacetate;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Ni+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O DTNVUQFDRPOYFY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 125000000843 phenylene group Chemical group C1(=C(C=CC=C1)*)* 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000012258 stirred mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 230000005469 synchrotron radiation Effects 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 235000015041 whisky Nutrition 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F15/00—Compounds containing elements of Groups 8, 9, 10 or 18 of the Periodic Table
- C07F15/04—Nickel compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/60—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
본 발명은 금속-유기 골격체 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명에 의하면, thianthrene 기반의 유기 리간드를 포함하는 신규 2차원 금속-유기 골격체를 통해 우수한 전기 전도도, 전기화학적 용량 및 수명 특성을 가지는 에너지 저장 장치를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 금속-유기 골격체 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명에 의하면, thianthrene 기반의 유기 리간드를 포함하는 신규 2차원 금속-유기 골격체를 통해 우수한 전기전도성 및 용량 특성을 가지는 에너지 저장 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은, 과학기술정보통신부 글로벌프런티어사업 파동에너지극한제어연구단 지속가능 전략 수립 및 실행 (C1-6402) 및 메타 금속-유기 구조체 개발과 이를 이용한 에너지저장 (2019M3A6B3030636)로 수행되었다.
리튬 이온 배터리(Lithium Ion Battery; LIB)는 높은 에너지 밀도와 양호한 사이클 안정성 때문에 이차전지 시장을 주도하고 있다. 그러나 LIB는 느린 전자 전달 및 이온 확산으로 인해 낮은 용량 및 느린 충전 거동이라는 단점을 가지고 있다. 음극 활물질로 금속 산화물 기반의 전극 재료를 사용하면 LIB의 용량 및 충전 속도 향상에 도움이 된다. 그러나 이러한 재료의 충전 및 방전 단계, 고비용 및 비친환경적인 특성으로 인해 실제 적용에 어려움이 있다. 유기 전도성 전극 재료는 낮은 독성과 가격, 높은 효율로 많은 관심을 받고 있다. 그러나, 유기 분자의 높은 용해성은 사이클링과 함께 빠른 용량 감소를 야기한다.
따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 전극 재료의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 우수한 전기 전도도, 전기화학적 용량 및 수명 특성을 구현할 수 있는 금속-유기 골격체 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면은, 금속-유기 골격체에 관한 것이다.
본 발명의 금속-유기 골격체는 예를 들어, 금속 및 유기 리간드의 배위 결합을 포함하고, 상기 유기 리간드는 하기 식 1로 표시되는 것일 수 있다.
[식 1]
상기 식 1에서, X는 각각 독립적으로 OH, NH2, SH, SeH 및 COOH로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 금속은 예를 들어, Ni, Li, Be, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Ln, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb 및 Bi로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소 또는 이의 이온일 수 있다.
본 발명은 예를 들어, 두께가 1 nm 내지 100 nm의 범위 내인 2차원의 금속-유기 골격체에 관한 것일 수 있다.
본 발명의 금속-유기 골격체는 예를 들어, 2차원 판상 모양의 결정 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 금속-유기 골격체는 예를 들어, 전기전도도가 1.0 mS/m 이상 일 수 있다.
본 발명의 금속-유기 골격체는 예를 들어, BET 비표면적이 10 내지 1000 m2/g의 범위 내일 수 있다.
본 발명의 금속-유기 골격체는 예를 들어, 금속 1 몰에 대해 유기 리간드를 0.2 내지 2의 몰비 범위 내로 포함할 수 있다.
본 발명의 금속-유기 골격체는 예를 들어, 식 1로 표시되는 유기 리간드와는 상이한 구조를 가지는 유기 리간드를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
본 발명의 에너지 저장 장치는 예를 들어, 전극 활물질을 포함하는 슬러리층을 포함할 수 있고, 상기 전극 활물질은 금속-유기 골격체를 포함하는 것일 수 있다. 상기 금속-유기 골격체에 관한 사항은 전술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
상기 슬러리층은 예를 들어, 도전재를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 에너지 저장 장치는 예를 들어, 금속-유기 골격체 100 중량부에 대해 상기 도전재를 10 내지 1000 중량부의 범위 내로 포함할 수 있다.
본 발명의 에너지 저장 장치는 예를 들어, 용량 유지율이 30% 이상일 수 있다.
본 발명의 에너지 저장 장치는 예를 들어, 전류 밀도가 2A/g일 때의 초기 방전 용량이 100 mAh/g 이상이고, 전류 밀도가 50 mA/g일 때의 초기 방전 용량이 300 mAh/g 이상일 수 있다
본 발명의 에너지 저장 장치는 예를 들어, 쿨롱 효율이 30% 이상일 수 있다.
본 발명은 우수한 전기 전도도, 전기화학적 용량 및 수명 특성을 구현할 수 있는 금속-유기 골격체 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은, 2D-MOF 입자의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 2는, 2D-MOF 입자의 SEM-EDS 이미지를 나타낸 것이다.
도 3은, 2D-MOF 입자의 PXRD 분석 결과 그래프이다.
도 4는, 2D-MOF 입자의 결정 구조를 시뮬레이션한 결과이다.
도 5는, 단계 1의 물질(1, Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene)에 대한 Solid NMR 분석 결과이다.
도 6은, 단계 2의 물질(2, 2,3,8,9,14,15-Hexa-Bromo-Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene)에 대한 Solid NMR 분석 결과이다.
도 7은, 단계 3의 물질(3, N,N',N'',N''',N'''',N'''''-Hexabenzhydrylidene-5,6,11,12,17,18-hexathia-trinaphthylene-2,3,8,9,14-hexaamine)에 대한 Solid NMR 분석 결과이다.
도 8은, 단계 4의 물질(4, 2,3,8,9,14,15-hexaminothianthrene hexachloride)에 대한 Solid NMR 분석 결과이다.
도 9는, 단계 2의 물질(2, 2,3,8,9,14,15-Hexa-Bromo-Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene)에 대한 MALDI-TOF 질량 분석 결과 그래프이다.
도 10은, 2D-MOF 입자에 대한 FT-IR 분석 결과 그래프이다(HAHTTN은 2,3,8,9,14,15-hexaminothianthrene hexachloride을 의미함).
도 11은, 2D-MOF 입자에 대한 N2 흡착 등온선 그래프이다(■: ADS는 흡착 등온선, ●DES는 탈착 등온선을 의미함).
도 12는 (a)물질 (1, Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene) 및 (b) c축을 따른 패킹 구조의 X선 결정 구조를 나타낸 것이다.
도 13은 실시예 2의 코인 셀에 대한 순환전류전압법에 따른 그래프이다.
도 14는 실시예 2의 코인 셀에 대한 갈바노스탯 충방전 그래프이다.
도 15는 실시예 2의 코인 셀의 수명특성(용량유지율)을 평가한 그래프이다.
도 2는, 2D-MOF 입자의 SEM-EDS 이미지를 나타낸 것이다.
도 3은, 2D-MOF 입자의 PXRD 분석 결과 그래프이다.
도 4는, 2D-MOF 입자의 결정 구조를 시뮬레이션한 결과이다.
도 5는, 단계 1의 물질(1, Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene)에 대한 Solid NMR 분석 결과이다.
도 6은, 단계 2의 물질(2, 2,3,8,9,14,15-Hexa-Bromo-Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene)에 대한 Solid NMR 분석 결과이다.
도 7은, 단계 3의 물질(3, N,N',N'',N''',N'''',N'''''-Hexabenzhydrylidene-5,6,11,12,17,18-hexathia-trinaphthylene-2,3,8,9,14-hexaamine)에 대한 Solid NMR 분석 결과이다.
도 8은, 단계 4의 물질(4, 2,3,8,9,14,15-hexaminothianthrene hexachloride)에 대한 Solid NMR 분석 결과이다.
도 9는, 단계 2의 물질(2, 2,3,8,9,14,15-Hexa-Bromo-Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene)에 대한 MALDI-TOF 질량 분석 결과 그래프이다.
도 10은, 2D-MOF 입자에 대한 FT-IR 분석 결과 그래프이다(HAHTTN은 2,3,8,9,14,15-hexaminothianthrene hexachloride을 의미함).
도 11은, 2D-MOF 입자에 대한 N2 흡착 등온선 그래프이다(■: ADS는 흡착 등온선, ●DES는 탈착 등온선을 의미함).
도 12는 (a)물질 (1, Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene) 및 (b) c축을 따른 패킹 구조의 X선 결정 구조를 나타낸 것이다.
도 13은 실시예 2의 코인 셀에 대한 순환전류전압법에 따른 그래프이다.
도 14는 실시예 2의 코인 셀에 대한 갈바노스탯 충방전 그래프이다.
도 15는 실시예 2의 코인 셀의 수명특성(용량유지율)을 평가한 그래프이다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도 및/또는 측정 압력이 결과에 영향을 미치는 물성은, 특별히 달리 언급하지 않는 한, 상온 및/또는 상압에서 측정한 결과이다.
용어 상온은 가온되거나, 감온되지 않은 자연 그대로의 온도이고, 예를 들면, 10℃내지 30℃의 범위 내의 어느 한 온도, 약 23℃또는 약 25℃정도의 온도를 의미한다. 또한, 본 명세서에서 온도의 단위는 특별히 달리 규정하지 않는 한 ℃이다.
용어 상압은 가압 또는 감압되지 않은 자연 그대로의 압력이고, 통상 대기압 수준의 약 1기압 정도를 의미한다.
본 명세서에서 측정 습도가 결과에 영향을 미치는 물성의 경우, 특별히 달리 규정하지 않는 한 해당 물성은 상기 상온 및/또는 상압 상태에서 특별히 조절되지 않은 자연 그대로의 습도에서 측정한 물성이다.
본 발명의 일 측면은, 금속-유기 골격체(Metal-Organic Frameworks; MOFs)에 관한 것이다. 본 명세서에서 용어 금속-유기 골격체는 금속(이온 및/또는 클러스터 등 포함)과 유기 리간드(organic ligand)가 배위결합하여 3차원 구조를 형성한 결정성 나노 기공 구조체를 의미한다. 금속-유기 골격체는 용도 내지 목적 등에 따라 다양한 재료 등을 통해 구현될 수 있다. 본 발명에서는, 이러한 다양한 금속-유기 골격체 중에서도 우수한 전기전도도 및/또는 전기화학적 용량을 구현할 수 있는 금속-유기 골격체에 관한 것이다.
본 발명의 금속-유기 골격체는 예를 들어, 금속 및 유기 리간드의 배위 결합을 포함할 수 있다. 본 발명의 금속-유기 골격체는 하기와 같은 특유의 구조를 가지는 유기 리간드를 후술하는 금속과 적절히 조합함으로써, 특유의 메커니즘에 따라 우수한 전기전도도 및/또는 높은 전기화학적 용량을 구현할 수 있다.
상기 유기 리간드는 예를 들어, 하기 식 1로 표시될 수 있다.
[식 1]
상기 식 1에서, X는 각각 독립적으로 OH, NH2, SH, SeH 및 COOH로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 식 1에서 X는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 상기 X는 후술하는 금속과의 결합 측면 및/또는, 우수한 전기전도도와 전기화학적 용량 특성을 구현하는 측면에서, 바람직하게는 NH2일 수 있다.
본 발명의 금속-유기 골격체는 상기와 같은 유기 리간드와 후술하는 금속과의 결합을 통해, 목적하는 효과를 달성할 수 있다.
상기 금속은 예를 들어, Ni, Li, Be, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Ln, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb 및 Bi로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소 또는 이의 이온일 수 있다.
상기 금속은 가역적인 산화/환원의 관점에서 바람직하게는, Ni, Cu, Mn, Co, Ti 및/또는 V 등일 수 있고, 유기 리간드와의 평면형태 결합의 관점에서 더욱 바람직하게는 Ni의 금속 원소 또는 이의 이온일 수 있다.
본 발명의 금속-유기 골격체는 예를 들어, 금속 1 몰에 대해 유기리간드를 0.2 내지 2의 몰의 범위 내로 포함할 수 있다. 본 발명의 금속-유기 골격체는 다른 예시에서, 금속 1 몰에 대해 유기리간드를 0.25 몰 이상, 0.3 몰 이상, 0.35 몰 이상, 0.4 몰 이상, 0.5 몰 이상 또는 0.6 몰 이상 포함하거나, 1.9 몰 이하, 1.8 몰 이하, 1.7 몰 이하, 1.6 몰 이하, 1.5 몰 이하, 1.4 몰 이하, 1.3 몰 이하, 1.2 몰 이하, 1.1 몰 이하, 1 몰 이하, 0.9 몰 이하, 0.8 몰 이하 또는 0.7 몰 이하 포함할 수 있다.
본 발명의 금속-유기 골격체는 예를 들어, 상기 식 1로 표시되는 유기 리간드와는 상이한 구조를 가지는 유기 리간드를 추가로 포함할 수도 있다. 상기 식 1로 표시되는 유기 리간드와는 상이한 구조를 가지는 유기 리간드는 예를 들어, 하기 식 2 내지 5으로 표시되는 것일 수 있다.
[식 2]
[식 3]
[식 4]
[식 5]
상기 식 2 내지 식 5에서 X는 각각 독립적으로 OH, NH2, SH, SeH 및 COOH로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 금속-유기 골격체는 상기와 같이 서로 상이한 구조를 가지는 유기 리간드를 추가로 포함함으로써, 기공의 크기가 보다 확장될 수 있다.
상기 식 1로 표시되는 유기 리간드와는 상이한 구조를 가지는 유기 리간드는 예를 들어, 1종 또는 2종 이상 포함될 수 있다. 상기 식 1로 표시되는 유기 리간드와는 상이한 구조를 가지는 유기 리간드는 예를 들어, 금속 1몰에 대해 0.2 내지 2의 몰 비의 범위 내로 포함될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니고 목적하는 효과에 따라 적절히 조절할 수 있다.
본 발명의 금속-유기 골격체는 예를 들어, 금속 및 유기 리간드 간의 상호작용에 의해 상기 금속이 산화 또는 환원될 수 있고, 이에 따라 상기 금속의 전자를 받아들이는 능력이 향상될 수 있다. 본 발명의 금속-유기 골격체는 이와 같이 전술한 특유의 구조 및 이에 따른 특성을 가짐으로써, 우수한 전기전도도를 가지면서도, 전기화학적 용량 특성 또한 우수할 수 있다.
본 발명의 금속-유기 골격체는 후술하는 특징을 추가로 가짐으로써, 목적을 보다 효과적으로 달성할 수 있다.
본 발명의 금속-유기 골격체는 예를 들어, 두께가 1 내지 100 nm 의 범위 내일 수 있다. 상기 두께는 금속-유기 골격체 단독 및/또는 상기 금속-유기 골격체가 서로 겹겹이 쌓여 있는 경우의 두께를 의미할 수 있다. 상기 금속-유기 골격체의 두께는 다른 예시에서, 2 nm 이상, 3 nm 이상, 4 nm 이상 또는 5 nm 이상이거나 90 nm 이하, 80 nm 이하, 70 nm 이하, 60 nm 이하, 50 nm 이하, 40 nm 이하, 30 nm 이하 또는 20 nm 이하 정도일 수 있다.
본 발명의 금속-유기 골격체는 예를 들어, 2차원 판상 모양의 결정 형태를 가질 수 있다. 본 발명의 금속-유기 골격체는 일 예시에서, 도 1과 같은 결정 형태를 가질 수 있다. 본 발명의 금속-유기 골격체는 예를 들어, 2차원 판상이 뭉쳐서 구형 또는 꽃송이와 같은 결정 형태를 나타내는 것일 수 있다.
본 발명의 금속-유기 골격체는 예를 들어, 결정크기가 50 nm 내지 500 μm의 범위 내일 수 있다. 본 명세서에서 금속-유기 골격체의 결정크기는 예를 들어, 상기 2차원 판상이 뭉쳐서 구형 또는 꽃송이와 같은 결정 형태에서의 최대 직경, 평균 직경 및/또는 최소 직경을 의미할 수 있다.
본 발명의 금속-유기 골격체는 상기와 같은 특징을 가짐으로써, 전기전도도, BET 비표면적 및/또는 기공의 분포 등의 특성이 우수할 수 있고, 이에 따라 후술하는 전해질과의 접촉면이 훨씬 커질 수 있고, 성능 발현에 유리할 수 있다.
본 발명의 금속-유기 골격체는 예를 들어, 전기 전도도가 1.0 mS/m 이상일 수 있다. 상기 전기 전도도는 후술하는 평가예에 따라 측정될 수 있다. 본 발명의 금속-유기 골격체는 다른 예시에서, 전기 전도도가 2.0 mS/m 이상, 3.0 mS/m 이상, 4.0 mS/m 이상 또는 5.0 mS/m 이상일 수 있다.
본 발명의 금속-유기 골격체는 예를 들어, BET 비표면적이 10 내지 1000 m2/g의 범위 내일 수 있다. 상기 BET 비표면적은 후술하는 평가예에 따라 측정될 수 있다. 본 발명의 금속-유기 골격체는 다른 예시에서, BET 비표면적이 20 m2/g 이상, 30 m2/g 이상, 40 m2/g이상 또는 50 m2/g이상이거나, 900 m2/g이하, 800 m2/g이하, 700 m2/g이하, 600 m2/g 이하, 500 m2/g이하, 400 m2/g이하, 300 m2/g 이하, 200 m2/g이하 또는 100 m2/g이하일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은, 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
본 발명의 에너지 저장 장치는 예를 들어, 전극 활물질을 포함하는 슬러리층을 포함할 수 있다. 상기 전극 활물질은 예를 들어, 금속-유기 골격체를 포함할 수 있다. 상기 금속-유기 골격체에 관한 사항은 전술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명의 에너지 저장 장치는 예를 들어, 도전재를 추가로 포함할 수 있다. 상기 도전재로는 상기 도전재는 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니고, 상기 금속-유기 골격체의 특성을 저해하지 않는 범위 내에서 공지의 도전재가 적절히 선택될 수 있다.
본 발명의 에너지 저장 장치는 예를 들어, 상기 금속-유기 골격체 100 중량부에 대해 상기 도전재를 10 중량부 내지 1000 중량부의 범위 내로 포함할 수 있다. 상기 도전재는 다른 예시에서, 상기 금속-유기 골격체 100 중량부에 대해 20 중량부 이상, 30 중량부 이상, 40 중량부 이상, 50 중량부 이상, 60 중량부 이상, 70 중량부 이상, 80 중량부 이상, 90 중량부 이상, 100 중량부 이상, 110 중량부 이상 또는 120 중량부 이상 포함되거나, 900 중량부 이하, 800 중량부 이하, 700 중량부 이하, 600 중량부 이하, 500 중량부 이하, 400 중량부 이하, 300 중량부 이하 또는 200 중량부 이하로 포함될 수 있다.
본 발명의 에너지 저장 장치는 예를 들어, 전류 밀도 2 A/g일 때의 초기 방전 용량이 100 mAh/g 이상일 수 있다. 상기 초기 방전 용량은 후술하는 평가예에 따라 측정될 수 있다. 본 발명의 에너지 저장 장치는 다른 예시에서, 전류 밀도 2 A/g일 때의 초기 방전 용량이 150 mAh/g 이상, 200 mAh/g 이상, 250 mAh/g 이상, 300 mAh/g 이상, 350 mAh/g 이상 또는 400 mAh/g 이상이거나, 1000 mAh/g 이하, 900 mAh/g 이하, 800 mAh/g 이하, 700 mAh/g 이하, 600 mAh/g 이하 또는 500 mAh/g 이하일 수 있다.
본 발명의 에너지 저장 장치는 예를 들어, 전류 밀도 2 A/g일 때의 초기 방전 용량 대비 2차 방전 용량의 비가 0.3 이상일 수 있다. 전류 밀도 2 A/g일 때의 초기 방전 용량 대비 2차 방전 용량의 비는 다른 예시에서. 0.35 이상, 0.4 이상, 0.45 이상 또는 0.5 이상이거나, 1 이하, 0.9 이하, 0.8 이하, 0.7 이하 또는 0.6 이하일 수 있다.
본 발명의 에너지 저장 장치는 예를 들어, 전류 밀도 2 A/g일 때의 2차 방전 용량이 30 mAh/g 이상일 수 있다. 전류 밀도 2A/g일 때의 2차 방전 용량은 다른 예시에서, 40 mAh/g 이상, 50 mAh/g 이상, 60 mAh/g 이상, 70 mAh/g 이상, 80 mAh/g 이상, 90 mAh/g 이상, 100 mAh/g 이상, 110 mAh/g 이상, 120 mAh/g 이상, 130 mAh/g 이상, 140 mAh/g 이상, 150 mAh/g 이상, 160 mAh/g 이상, 170 mAh/g 이상, 180 mAh/g 이상, 190 mAh/g 이상, 200 mAh/g 이상, 210 mAh/g 이상 또는 220 mAh/g 이상이거나, 1000 mAh/g 이하, 900 mAh/g 이하, 800 mAh/g 이하, 700 mAh/g 이하, 600 mAh/g 이하, 500 mAh/g 이하, 400 mAh/g 이하 또는 300 mAh/g 이하일 수 있다.
본 발명의 에너지 저장 장치는 또한 예를 들어, 전류 밀도 50 mA/g 일 의 초기 방전 용량이 300 mAh/g 이상일 수 있다. 본 발명의 에너지 저장 장치는 다른 예시에서, 전류 밀도 50 mA/g일 때의 초기 방전 용량이 400 mAh/g 이상, 500 mAh/g 이상, 600 mAh/g 이상, 700 mAh/g 이상, 800 mAh/g 이상, 900 mAh/g 이상, 1000 mAh/g 이상, 1100 mAh/g 이상, 1200 mAh/g 이상, 1300 mAh/g 이상, 1400 mAh/g 이상, 1500 mAh/g 이상, 1600 mAh/g 이상, 1700 mAh/g 이상, 1800 mAh/g 이상, 1900 mAh/g 이상, 2000 mAh/g 이상, 2100 mAh/g 이상, 2200 mAh/g 이상, 2300 mAh/g 이상 또는 2400 mAh/g 이상이거나, 10000 mAh/g 이하, 8000 mAh/g 이하, 6000 mAh/g 이하 또는 4000 mAh/g 이하일 수 있다.
본 발명의 에너지 저장 장치는 예를 들어, 전류 밀도 50 mA/g 일 의 초기 방전 용량 대비 2차 방전 용량의 비가 0.2 이상일 수 있다. 전류 밀도 50 mA/g 일 의 초기 방전 용량 대비 2차 방전 용량의 비는 다른 예시에서, 0.25 이상, 0.3 이상, 0.35 이상 또는 0.4 이상이거나, 1 이하, 0.9 이하, 0.8 이하, 0.7 이하, 0.6 이하 또는 0.5 이하일 수 있다.
본 발명의 에너지 저장 장치는 예를 들어, 전류 밀도 50 mA/g 일 의 2차 방전 용량이 500 mAh/g 이상일 수 있다. 전류 밀도 50 mA/g 일 의 2차 방전 용량은 다른 예시에서, 600 mAh/g 이상, 700 mAh/g 이상, 800 mAh/g 이상 또는 900 mAh/g 이상이거나, 10000 mAh/g 이하, 8000 mAh/g 이하, 6000 mAh/g 이하, 4000 mAh/g 이하, 3000 mAh/g 이하, 2000 mAh/g 이하 또는 1000 mAh/g 이하일 수 있다.
본 발명의 에너지 저장 장치는 예를 들어, 용량 유지율이 30% 이상일 수 있다. 상기 용량 유지율은 후술하는 평가예에 따라 측정될 수 있다. 본 발명의 에너지 저장 장치는 다른 예시에서, 용량 유지율이 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상 또는 55% 이상일 수 있다.
본 발명의 에너지 저장 장치는 예를 들어, 쿨롱 효율이 30% 이상일 수 있다. 상기 쿨롱 효율은 후술하는 평가예에 따라 측정될 수 있다. 본 발명의 에너지 저장 장치는 다른 예시에서, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상 또는 50% 이상일 수 있다.
본 발명의 에너지 저장 장치에 있어서, 상기 슬러리층은 예를 들어, 바인더, 및/또는 첨가제 등을 추가로 포함할 수 있다. 상기 바인더는 예를 들어, CMC (Carboxymethylcellulose), PVA (Polyvinyl alcohol), PVDF (Polyvinyliene fluoride), PVP(Polyvinylpyrrolidone) 및 MC (Methyl cellulose)로 이루어진 군에서 선택된 1 이상일 수 있다 상기 슬러리층은 이외에도 커패시터, 이차 전지 등의 용도에 따라 필요한 첨가제를 적절히 포함할 수도 있다.
상기 바인더는 예를 들어, 상기 금속-유기 골격체 100 중량부에 대해 0.1중량부 내지 100 중량부의 범위 내로 포함될 수 있다. 상기 바인더는 다른 예시에서, 상기 금속-유기 골격체 100 중량부에 대해 0.5 중량부 이상, 1 중량부 이상, 1.5 중량부 이상, 2 중량부 이상, 2.5 중량부 이상, 3 중량부 이상, 3.5 중량부 이상, 4 중량부 이상, 4.5 중량부 이상, 5 중량부 이상, 5.5 중량부 이상, 6 중량부 이상, 6.5 중량부 이상, 7 중량부 이상, 7.5 중량부 이상, 8 중량부 이상, 8.5 중량부 이상, 9 중량부 이상, 9.5 중량부 이상, 10 중량부 이상, 10.5 중량부 이상, 11 중량부 이상, 11.5 중량부 이상, 12 중량부 이상, 12.5 중량부 이상, 13 중량부 이상, 13.5 중량부 이상, 14 중량부 이상, 14.5 중량부 이상, 15 중량부 이상, 15.5 중량부 이상, 16 중량부 이상, 16.5 중량부 이상, 17 중량부 이상, 17.5 중량부 이상, 18 중량부 이상, 18.5 중량부 이상, 19 중량부 이상, 19.5 중량부 이상, 20 중량부 이상, 20.5 중량부 이상, 21 중량부 이상, 21.5 중량부 이상, 22 중량부 이상, 22.5 중량부 이상, 23 중량부 이상, 23.5 중량부 이상, 24 중량부 이상 또는 24. 중량부 이상 포함되거나, 90 중량부 이하, 80 중량부 이하, 70 중량부 이하, 60 중량부 이하, 50 중량부 이하, 40 중량부 이하 또는 30 중량부 이하, 로 포함될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니고, 용도 내지 목적 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 본 발명의 에너지 저장 장치는 예를 들어, 집전체를 추가로 포함할 수 있다. 상기 집전체는 예를 들어, 양극용 집전체 혹은 음극용 집전체일 수 있으며, 상기 양극용 집전체 혹은 음극용 집전체는 특별한 제한 없이 공지의 통상적인 방법 또는 그의 변형된 방법에 따라서 준비할 수 있다. 상기 양극용 집전체로는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. 또한 상기 음극용 집전체로는 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수 있고, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있으며, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 에너지 저장 장치는 예를 들어, 전해질을 추가로 포함할 수 있다. 상기 전해질은 예를 들어, 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질 또는 용융형 무기 전해질 등일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 에너지 저장 장치는 예를 들어, 분리막을 추가로 포함할 수 있다. 상기 분리막으로는 일축 및/또는 이축의 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및/또는 폴리올레핀 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니고, 공지의 분리막을 적절히 선택해 사용할 수 있다.
상기 분리막의 두께는 예를 들어, 100㎛ 내지 1000㎛의 범위 내일 수 있다. 상기 분리막의 두께는 다른 예시에서, 200㎛ 이상, 300㎛ 이상 또는 400㎛ 이상이거나, 900㎛ 이하, 800㎛ 이하, 700㎛ 이하 또는 600㎛ 이하일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 에너지 저장 장치는 예를 들어, 슈퍼커패시터, 이차 전지 또는 ESS(Energy Storage System)등을 의미할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 통해 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니고 이를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예 1. 2D MOF
단계1. Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene (1) 의 제조
W. J. Ong and T. M. Swager, Nat. Chemistry, 2018, 10, 1023. 에 보고된 방법에 따라, Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene (1)을 제조하였다.
단계2. 2,3,8,9,14,15-Hexa-Bromo-Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene (2) 의 제조
단계 1에서 제조된 (1)(200 mg, 0.406 mmol) 및 철 분말(Fe)(8.1 mg, 0.146 mmol)을 니트로벤젠(Nitrobenzene)(10ml) 용매에 투입하여 용액을 형성하였다. 이어서, 상기 용액에 브롬(Br2)(178.1 uL, 3.45 mmol)을 1분에 걸쳐 적가한 후, 110℃의 온도로 밤새 교반하여 혼합액을 형성하였다. 상기 혼합액을 상온까지 냉각시키고, 디에틸 에터(100ml)와 혼합한 후 여과하였다. 그 결과, 조질의 회백색 고체(crude off white solid)인 2,3,8,9,14,15-Hexa-Bromo-Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene (2)를 얻을 수 있었다.
단계 3. N,N',N'',N''',N'''',N'''''-Hexabenzhydrylidene-5,6,11,12,17,18-hexathia-trinaphthylene-2,3,8,9,14-hexaamine 제조
톨루엔 용액(30ml)에 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(Pd2(dba)3))(71.08mg, 0.077mmol) 및 rac-BINAP(96.67mg, 0.155mmol)을 투입하여 혼합액을 형성하였다. 상기 혼합액을 3회의 동결-펌프-해동 사이클에 의해 탈기하고 Ar로 퍼징한 후, 110℃에서 30분간 교반하였다. 이어서, 교반된 혼합액을 실온에서 냉각한 후, 상기 혼합액에 벤조페논 이민(benzophenone imine)(418.04ul, 2.42mmol), 단계 2에서 제조된 (2)(300 mg, 0.310 mmol) 및 나트륨 tert-부톡사이드(sodium t-butoxide)(232.77g, 2.42mmol)를 첨가하여, 110℃에서 밤새 교반하였다.
그 후, 혼합액을 다시 실온에서 냉각하고, CH2Cl2로 희석한 후, 셀라이트(cellite) 패드를 통해 여과 및 증발 건조시켰다. 이어서 잔류물을 용리액(부피비 1:4(DMC:헥산))을 사용하여 실리카겔 상에서 컬럼 크로마토그래피에 통과시켰다. 첫번째 분획(fraction)을 수집하고 증발 건조시켜 황색 고체 (500 mg)를 얻었다. 1H NMR (DMSO-d 6): δ(ppm) 7.98-7.15(m, 66H, phenylene CH)
단계 4. 2,3,8,9,14,15-hexaminothianthrene hexachloride의 제조
단계 3에서 제조된 (3) (0.219g, 0.17mmol)을 THF용액(10ml)에 투입하고, 2.0M HCl 수용액(0.5ml, 1.0mmol)을 첨가한 후 그 혼합물을 실온에서 30분 동안 교반하였다. 이어서 30분 동안 원심분리하여 침전물을 분리하고, 헥산(5.0ml*3)으로 세척한 후, 진공 하에 건조시켜 밝은 노란색 고체 (4)(0.076g, 0.14mmol)를 얻었다.
단계 5. 2D-MOF의 제조
아세트산니켈 6수화물(Ni(OAc)26H2O) 50mg(0.080mmol)을 DMF 5ml 에 투입하여 형성한 용액을 단계 4에서 제조된 (4) (20 mg, 0.033 mmol)를 DMF 5ml에 투입하여 형성한 용액과 혼합하였다. 이어서 농축된 수성 암모니아(200uL)을 첨가하고, 그 혼합물을 70℃의 온도에서 공기 분위기 하 밤새 교반하였다. 그 결과, 진한 파란색 침전물이 나왔다. 이 침전물을 원심분리기를 통해 분리하여 고체를 얻었다. 상기 고체를 물 및 아세톤으로 광범위하게 3회 세척하였다. 그 후, 세척된 고체를 진공 하 100℃에서 밤새 건조시켜 2D-MOF를 얻었다.
평가예 1. SEM(Scanning Electron Microscope) 및 EDS 매핑
실시예 1의 2D-MOF 입자에 대해 SEM 측정기기(S-4800, Hitachi)를 이용하여 SEM 이미지 및 SEM-EDS 이미지를 촬영하였다.
그 결과, 도 1과 같이, 두께가 약 1 내지 100 nm 이고, 2차원 나노판상 결정 형태를 가지는 2D-MOF 입자가 관찰되었다. 또한, 2D-MOF 입자의 EDS 분석 결과, 도 2와 같이 Ni, C, S 및 N 원소가 균일하게 분포되어 있는 것을 알 수 있었다.
평가예 2. PXRD(Powder X-ray diffraction)
실시예 1의 2D-MOF 입자에 대해 포항가속기연구소의 8D 빔라인 PXRD 장비(6 - circle Huber diffractormeter, cyberStar X2000 Scintillation Detector)를 이용하여 분석을 수행하였다. 이 때, 상기 XRD 장비의 파장은 1.5402Å으로 세팅되었다.
PXRD 분석 결과, 도 3과 같이 2-theta 값 8.5 °, 10.5 °, 13.5 °, 17.0 °, 21.0 °, 17.0 °, 23.8 °, 25.7 °, 27.2 °, 29.2 °, 34.5 °, 42.5 °에서 결정성 피크를 나타냈다.
한편, 2D-MOF의 구조를 최적화한 후 결정 구조 시뮬레이션 한 결과를 도 4에 도시하였다.
평가예 3. Soild NMR
NMR 분석 기기(Fourier 300, Bruker)를 이용하여, MAS(Magic-Angle Spinning) 기법에 의한 분석을 수행하였다.
그 결과, 단계 1의 물질(1, Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene)은, 1H-NMR을 통해서 도 5와 같이 7.65 ppm와 7.38 ppm에서 2개의 피크를 보이는 것을 확인할 수 있었다.
단계 2의 물질(2, 2,3,8,9,14,15-Hexa-Bromo-Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene)는, 고체 1H-NMR을 통해서 도 6과 같이 7.60 ppm에 1개의 피크를 보이는 것을 확인할 수 있었다.
단계 3의 물질(3, N,N',N'',N''',N'''',N'''''-Hexabenzhydrylidene-5,6,11,12,17,18-hexathia-trinaphthylene-2,3,8,9,14-hexaamine)은, 1H-NMR을 통해서 도 7과 같이 확인할 수 있었다.
단계 4의 물질(4, 2,3,8,9,14,15-hexaminothianthrene hexachloride)는, 1H-NMR을 통해서 도 8과 같이 확인할 수 있었다.
평가예 4. MALDI-TOF(matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight) mass spectroscopy
단계 2의 물질(2, 2,3,8,9,14,15-Hexa-Bromo-Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene)에 대해 분석 기기(Autoflex, Bruker)를 이용하여, MALDI-TOF 질량 분석을 수행하였다.
그 결과, 도 9와 같이 물질 (2, 2,3,8,9,14,15-Hexa-Bromo-Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene)에 대한 질량을 확인할 수 있었다.
평가예 5. FT-IR(Fourier-transform infrared spectroscopy)
실시예 1의 2D-MOF 입자에 대해 FT-IR 분광 기기(ALPHA-P, Bruker)를 이용해 파장(wavelength, cm-1)에 따른 투과도(transmittance, %)를 측정하였다.
그 결과, 도 10과 같이, 단계 4에서 제조된 (4, 2,3,8,9,14,15-hexaminothianthrene hexachloride)와 2D MOF의 진동파장이 일치하는 것을 통해서 MOF에 (4, 2,3,8,9,14,15-hexaminothianthrene hexachloride)가 포함되어 있는 것을 확인할 수 있다.
평가예 6. N2 흡착 등온선 및 BET 비표면적
실시예 1의 2D-MOF 입자의 BET 비표면적을 확인하기 위해, 77K에서 N2 흡착 등온선을 측정하였다.
우선 실시예 1의 2D-MOF 입자를 진공 하 150℃의 온도로 10 시간 동안 활성화하였다. 그 후, BELSORP MAX 기기를 사용하여 도 11과 같이 P/P0에 따른 N2 흡착 등온선을 도출하였다. 그 결과, 가역적인 BET Type II 형태의 흡착등온선이 관찰되었다.
한편, 이를 통해 계산한 실시예 1의 2D-MOF 입자의 BET 비표면적은 54 m2/g 정도였다.
평가예 7. Single crystal XRD(X-ray Diffraction) 분석
양극으로 작동하는 단계 1에서 제조된 (1, Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene)의 구조를 밝히기 위해 (1, Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene) 의 결정구조를 규명하였다. 루프(loop)에 단결정(single crystal)을 장착하고 포항 가속기 연구소(Pohang Accelerator Laboratory; PAL)의 초분자 결정학 빔라인 2D에서 싱크로트론 방사선(synchrotron radiation(=0.70000Å을 사용하여 ADSC Quantum 210 CCD 회절계에서 데이터를 수집했다(온도 100K에서 수행)
Raw data는 HKL 300 프로그램을 사용하여 처리 및 크기 조정되었다. 구조는 직접적 방법으로 해결되었고, SHELXTL 프로그램 패키지에 구현된 적절한 소프트웨어를 사용하여 F2 에서 전체 행력 최소 제곱을 사용하여 미세 조정을 수행했다. 모든 비수소 원자는 이방성으로 정제되었다. 수소 원자는 물 분자를 제외하고 기하학적으로 이상적인 위치에 추가되었다.
그 결과, 도 12 및 하기와 같은 데이터가 도출되었다.
phenyl-S-phenyl 과 같은 유연한 thioether 브릿지로 인해 (1, Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene)는 phenyl 그룹의 구부러진 기하학을 가졌고, 하나의 phenyl 그룹은 내려가고 다른 두 개의 phenyl 그룹은 올라간 형태였으며, (1, Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene) 분자는 phenyl 그룹 사이의 ππ상호작용으로 c축을 따라 적층되므로 thioether는 c축을 따라 정렬된 형태를 나타냈다(도 12a 및 12b).
(1, Benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-a]benzo[5,6][1,4]dithiino[2,3-c]thianthrene)에 대한 X선 데이터: C24H12S6, M = 492.70, 사방정계, Pnma (No. 2), a = 24.296(5) Å, b = 20.317(4) Å, c = 4.0460(8) Å, V = 1997.2(7) Å3, Z = 4, T = 100 K, (싱크로트론) = 0.657 mm-1, ρ calc = 1.639 g·cm-3, 7847 reflections measured, 1292 unique (R int = 0.3446), R 1 = 0.1044, wR 2 = 0.2367 for 1238 reflections (I > 2(I)), R 1 = 0.1157, wR 2 = 0.2423 (all data), GoF = 1.112, 138 parameters without restraints.
실시예 2. 코인 셀(coin cell)
18㎛ 두께의 Cu foil 상에 음극 슬러리 조성물을 drop casting 방식으로 도포하여 음극 합제층(두께 30㎛)을 제조하였다. 이 때 음극 슬러리 조성물은 실시예 1의 2D-MOF 입자, 도전재(Super-P, Timcal) 및 바인더(PVDF, Kureha)를 40 : 50 : 10 (음극 활물질 : 도전재 : 바인더)의 중량비율로 혼합한 것이었다.
이어서, 500㎛ 두께의 분리막(Glass microfiber filter, Whatman)의 일 면이 상기 음극 합제층을 향하도록 하여 적층하고, 상기 분리막의 다른 일면에 45㎛ 두께의 Li foil을 적층하였다.
그 후, 1M의 LiPF6를 포함하는 EC/DMC(중량비율 1 : 1 (EC : DMC)) 용액을 주입하여 코인 셀(coin cell)을 제조하였다.
평가예 8. 순환 전류전압법(Cyclic Voltammetry)
실시예 2의 코인 셀에 대해 순환 전류전압법에 의한 특성을 평가하였다. 순환전류전압법은 원아테크사의 WMPG1000 가변기(potentiostat)를 사용하여 수행하였다. 상기 코인셀에 대해 전압 범위 0 내지 3V에서, 측정하였고, 측정 온도는 25℃로 하였다.
그 결과, 도 13과 같이, 음극 모드의 CV 그래프를 확인할 수 있었다(scan rate: 100 mV).
평가예 9. 갈바노스탯(Galvanostat) 충방전 특성
실시예 2의 코인 셀에 대해 갈바노스탯 충방전 특성을 평가하였다. 갈바노스탯 충방전 특성은 원아테크사의 WMPG1000 가변기(potentiostat)를 사용하여 측정하였으며, 2A/g 및 50 mA/g 의 전류 밀도 각각에 대해 3번째 사이클까지 측정하였다.
그 결과, 도 14a 및 14b 같은 그래프가 도출되었다. 이를 통해 전류밀도 2A/g일 때, 434 mA/g의 초기 방전 용량 및 224 mA/g 의 2차 방전 용량을 나타냄을 알 수 있었다. 또한 전류밀도 50 mA/g일 때, 2405 mA/g 의 초기 방전 용량 및 966 mA/g mAh g-1의 2차 방전 용량을 나타냄을 알 수 있었다.
평가예 10. 수명 특성
실시예 2의 코인 셀에 대해 원아테크사의 WMPG1000 가변기(potentiostat)를 이용하여 2 A/g 조건에서의 수명특성을 평가하였다. 그 결과, 실시예 2의 코인 셀은 도 15와 같이 100 cycle 후에도 용량유지율이 약 60%인 것을 확인할 수 있었다.
Claims (15)
- 금속 및 유기 리간드의 배위 결합을 포함하고,
상기 유기 리간드는 하기 식 1로 표시되는 것인 금속-유기 골격체:
[식 1]
상기 식 1에서, X는 각각 독립적으로 OH, NH2, SH, SeH 및 COOH로 이루어진 군에서 선택된다.
- 제 1 항에 있어서, 금속은 Ni, Li, Be, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Ln, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb 및 Bi로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소 또는 이의 이온인 금속-유기 골격체.
- 제 1 항에 있어서, 두께가 1 내지 100 nm의 범위 내인 2차원 금속-유기 골격체.
- 제 1 항에 있어서, 2차원 판상 모양의 결정 형태를 가지는 금속-유기 골격체.
- 제 4 항에 있어서, 결정 크기가 50 nm 내지 500 μm의 범위 내인 금속-유기 골격체.
- ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제 1 항에 있어서, 전기전도도가 1.0 mS/m 이상인 금속-유기 골격체.
- 제 1 항에 있어서, BET 비표면적은 10 내지 1000 m2/g의 범위 내인 금속-유기 골격체.
- 제 1 항에 있어서, 금속 1 몰에 대해 유기 리간드를 0.2 내지 2의 몰비의 범위 내로 포함하는 금속-유기 골격체.
- 제 1 항에 있어서, 식 1로 표시되는 유기 리간드와는 상이한 구조를 가지는 유기 리간드를 추가로 포함하는 금속-유기 골격체.
- 전극 활물질을 포함하는 슬러리층을 포함하고,
상기 전극 활물질은 제 1 항의 금속-유기 골격체를 포함하는 것인 에너지 저장 장치.
- 제 10 항에 있어서, 슬러리층은 도전재를 추가로 포함하는 에너지 저장 장치.
- ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제 11 항에 있어서, 도전재는 제 1 항의 금속-유기 골격체 100 중량부에 대해 10 내지 1000 중량부의 범위 내로 포함되는 에너지 저장 장치.
- ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제 10 항에 있어서, 용량 유지율이 30% 이상인 에너지 저장 장치.
- ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제 10 항에 있어서, 전류 밀도가 2A/g일 때의 초기 방전 용량이 100 mAh/g 이상이고, 전류 밀도가 50 mA/g일 때의 초기 방전 용량이 300 mAh/g 이상인 에너지 저장 장치.
- ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제 10 항에 있어서, 쿨롱 효율이 30% 이상인 에너지 저장 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210156887A KR102615761B1 (ko) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 금속-유기 골격체 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210156887A KR102615761B1 (ko) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 금속-유기 골격체 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230070869A KR20230070869A (ko) | 2023-05-23 |
| KR102615761B1 true KR102615761B1 (ko) | 2023-12-20 |
Family
ID=86544590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210156887A KR102615761B1 (ko) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 금속-유기 골격체 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102615761B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113549082A (zh) | 2021-07-30 | 2021-10-26 | 广东工业大学 | 一种多羟基化合物及其制备方法与应用 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008061843B4 (de) * | 2008-12-15 | 2018-01-18 | Novaled Gmbh | Heterocyclische Verbindungen und deren Verwendung in elektronischen und optoelektronischen Bauelementen |
-
2021
- 2021-11-15 KR KR1020210156887A patent/KR102615761B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113549082A (zh) | 2021-07-30 | 2021-10-26 | 广东工业大学 | 一种多羟基化合物及其制备方法与应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Kazunori Hirabayashi 등, Heteroatom Chem., 2018, e21459, pp. 1-7 |
| Wen Jie Ong, University of Oxford 박사학위논문, 2019.02. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230070869A (ko) | 2023-05-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9905325B2 (en) | Precursor for preparing lithium composite transition metal oxide and method for preparing the same | |
| US8722250B2 (en) | Cathode active material, cathode including the cathode active material, lithium battery employing the cathode, and method of preparing the same | |
| KR102417267B1 (ko) | 리튬 이차 전지 | |
| JP4095499B2 (ja) | リチウム二次電池用の電極材料、電極構造体及びリチウム二次電池 | |
| KR102014983B1 (ko) | 양극 및 이를 채용한 리튬 전지 | |
| US9843081B2 (en) | Lithium air battery and method of manufacturing the same | |
| EP2541664B1 (en) | Negative electrode and lithium battery including the negative electrode | |
| US20180090760A1 (en) | Positive-electrode active material and battery | |
| KR102473532B1 (ko) | 양극 활물질 및 상기 양극 활물질을 채용한 양극과 리튬 전지 | |
| CN108718535A (zh) | 负极活性物质、混合负极活性物质材料、非水电解质二次电池用负极、锂离子二次电池、负极活性物质的制造方法、及锂离子二次电池的制造方法 | |
| US20190020065A1 (en) | Lithium battery | |
| EP2573841B1 (en) | Electrode active material, electrode comprising the same, lithium battery comprising the electrode, and method of preparing the electrode active material | |
| US20210151740A1 (en) | Positive electrode active material and battery including the same | |
| US20190326631A1 (en) | Composite membrane for secondary battery, method of preparing the same, and secondary battery including the same | |
| US9577258B2 (en) | Method of preparing composite cathode active material, composite cathode active material, and cathode and lithium battery containing the composite cathode active material | |
| JP2012174535A (ja) | 電極活物質、及び当該電極活物質を負極に含有する金属二次電池 | |
| JP5877772B2 (ja) | 正極活物質 | |
| JP5967188B2 (ja) | 電極活物質、電極及び二次電池の製造方法 | |
| US20230317947A1 (en) | Positive electrode for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including the same | |
| KR102615761B1 (ko) | 금속-유기 골격체 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치 | |
| US11145900B2 (en) | Lithium battery | |
| CN116190633A (zh) | 层状氧化物正极材料、其制备方法、正极组合物、钠离子二次电池和用途 | |
| KR20140017816A (ko) | 리튬복합인산염계 화합물 및 이의 제조방법 | |
| KR102199431B1 (ko) | 복합 음극 활물질, 이를 포함하는 전기화학장치, 및 상기 복합 음극 활물질의 제조방법 | |
| US11251432B2 (en) | Lithium battery |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |