KR20230143532A - 프러시안 블루 유사체 양극을 포함하는 이차 전지 - Google Patents

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KR20230143532A
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이상엽
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순천향대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 프러시안 블루 유사체(Prussia Blue Analogue, PBA)를 포함하는 양극; 음극; 및 초순수를 포함하는 수계 전해질;을 포함하되, 상기 수계 전해질은 금속 이온 또는 유기용매를 포함하지 않는 것을 특징으로 함으로써, 화재 또는 폭발에 의한 위험으로부터 안전하고, 이온 전도도가 높으며, 충전 또는 방전 용량이 우수한 이점이 있는 이차 전지에 관한 것이다.

Description

프러시안 블루 유사체 양극을 포함하는 이차 전지{SECONDARY BATTERY COMPRISING PRUSSIAN BLUE ANALOGOUS CATHODE}
본 발명은 프러시안 블루 유사체 양극을 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자제품의 수요가 급격하게 증대되고, 더 나아가 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 그 구동 전원으로 사용되는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연전지, 리튬 이차 전지 등의 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 특히 리튬 이차 전지는 미래 전지 시장의 핵심 발전 요소로 인식되고 있다.
이차 전지의 연구에서 사용되는 액체 전해질은 유기물이 포함되어 있는 유기계 전해질과 물을 사용하는 수계 전해질로 구분된다. 상기 유기계 전해질은 가연성 액체를 용매로 사용하고 있어, 화재와 폭발에 의한 안정성이 취약한 문제가 있는 반면, 상기 수계 전해질은 물을 사용함으로써 불연성이며, 상온(25℃)에서의 낮은 점도로 인해 이온의 이동이 원활하여 높은 이온 전도도를 나타낸다는 장점이 있다. 이와 같은 장점으로 인해 상기 수계 전해질을 사용하는 수계 금속 이온 전지 분야에서는 리튬, 소듐, 칼륨, 아연, 칼슘 등과 같은 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 전이금속을 전하 캐리어로 사용하여 전극 활물질 구조 내부로 삽입 및 탈리시키는 연구가 활발히 이루어지고 있다.
이와 관련하여 대한민국 공개특허 제10-2021-0103749호에는 양극; 음극; 분리막; 및 특정 화학식으로 표시되는 금속염을 포함하며 몰랄농도가 5m 내지 40m인 수계 전해액을 포함하는 수계 이차 전지에 대하여 개시되어 있다.
이와 같은 상기 수계 금속 이온 전지에 있어서, 그 전극 활물질로 사용되는 물질에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있는데, 일 예로서 이온의 원활한 삽입과 확산이 용이한 프러시안 블루계(Prussian blue analogues, PBAs)물질에 대한 연구가 진행되고 있다.
하지만, 상기 프러시안 블루계 물질의 경우 그 구조 내 Fe(CN)6 공간(vacancy)에 전이 금속 이온이 치환되어 면심 입방 구조에서 다른 형태의 입방 구조로 상변화를 야기함으로써 사이클 성능을 저하시키는 문제가 있으며, 상기 프러시안 블루계 물질의 구조적 한계로 인해 충전 및 방전 용량이 낮은 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2021-0103749호(2021.08.24)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 충전 또는 방전 용량이 우수한 이차 전지를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 상기 이차 전지를 포함함으로써 우수한 용량 특성을 갖는 디바이스를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차 전지는 프러시안 블루 유사체(Prussia Blue Analogue, PBA)를 포함하는 양극; 음극; 및 초순수(Ultrapure water)를 포함하는 수계 전해질;을 포함하되, 상기 수계 전해질은 금속 이온 또는 유기용매를 포함하지 않는 것을 그 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 디바이스는 상기 이차 전지를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명의 이차 전지는 금속 이온 또는 유기용매를 포함하지 않는 초순수(Ultrapure water)를 수계 전해질로 포함함으로써, 화재 또는 폭발에 의한 위험으로부터 안전하고, 충전 또는 방전 용량이 우수한 이점이 있다.
또한, 본 발명의 디바이스는 상기 이차 전지를 포함함으로써 용량 특성이 우수한 이점이 있다.
도 1은 프러시안 블루 유사체의 격자구조를 도식화한 것이다.
도 2는 본 발명의 제조예 1의 프러시안 블루 유사체 및 제조예 2의 양극의 제조과정을 도식화한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예의 이차 전지 모형을 도식화한 것이다.
도 4는 본 발명이 실험예 1의 실험 결과이다.
도 5는 본 발명의 실험예 2-1의 실험 결과이다.
도 6은 본 발명의 실험예 2-2의 실험 결과이다.
도 7은 본 발명의 실험예 2-3의 실험 결과이다.
도 8은 본 발명의 실험예 3의 실험 결과이다.
도 9는 본 발명의 실험예 4-1의 실험 결과이다.
도 10은 본 발명의 실험예 4-2의 실험 결과이다.
본 발명에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
<이차 전지>
본 발명의 일 양태에 따른 이차 전지는 프러시안 블루 유사체(Prussia Blue Analogue, PBA)를 포함하는 양극; 음극; 및 초순수를 포함하는 수계 전해질;을 포함하되, 상기 수계 전해질은 금속 이온 또는 유기용매를 포함하지 않는 것을 특징으로 함으로써, 화재 또는 폭발에 의한 위험으로부터 안전하고, 이온 전도도가 높으며, 충전 또는 방전 용량이 우수한 이점이 있다.
양극
본 발명의 일 양태에 따른 이차 전지는 프러시안 블루 유사체를 포함하는 양극을 포함한다.
상기 프러시안 블루 유사체는 금속-유기 구조체(Metal Organic Framework, MOF)의 일종으로 그 단위 분자식이 하기와 같이 표시되는 화합물일 수 있다.
[분자식]
AxMP[MR(CN)6]·wH2O
(상기 분자식에서,
A는 알칼리 금속 양이온이고,
MP 및 MR은 각각 독립적으로 전이금속 양이온을 의미하며,
x 및 w는 임의의 정수를 의미한다.)
도 1을 참고하면, 상기 프러시안 블루 유사체는 그 격자구조가 두 종류의 전이금속 양이온(MP, MR)이 각각 6개의 시안화물 리간드(CN-)와 팔면체로 배위결합을 하며 이루어지며, 상기 시안화물 리간드가 다리역할을 하여 상기 두 전이금속 양이온을 이어주는 면심 입방 구조(Face centered cubic, FCC)의 3차원 구조를 갖는 것일 수 있다. 이를 통해 상기 프러시안 블루 유사체는 개방형 구조(open framework)를 가지며, 결정 내의 침입형 자리(interstitial site, 도 1의 A site) 및 이온의 확산 통로가 다른 결정성 무기 재료들 보다 넓을 수 있다. 이와 같은 구조적 특징은 이온의 빠른 확산을 가능하게 하고, 상기 프러시안 블루 유사체로 하여금 높은 충전 또는 방전 특성을 갖도록 하며, 다양한 이온의 가역적 삽입 및 탈리를 가능하게 할 수 있다. 또한, 상기 프러시안 블루 유사체는 헥사시아노 메탈릭(Hexacyano-metallic) 음이온의 수용액 상 공침 반응을 통한 간단한 단일 반응으로 합성할 수 있기 때문에 경제적이고 친환경적인 합성이 가능한 이점이 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 프러시안 블루 유사체는 CuHCF(Copper hexacyanoferrate), FeHCF(Iron hexacyanoferrate), CoHCF(Cobalt hexacyanoferrate) 및 MnHCMn(Manganese hexacyanomanganate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 CuHCF(Copper hexacyanoferrate)를 포함할 수 있다. 상기 이차전지의 양극이 상기 CuHCF를 포함하는 경우 금속 이온 또는 유기용매를 포함하지 않는 초순수만으로 이루어진 수계 전해질을 사용하더라도 충전 또는 방전 용량이 보다 향상될 수 있는 이점이 있다.
음극
본 발명의 일 양태에 따른 이차 전지는 음극을 포함하며, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 음극은 음극 집전체 또는 음극 활물질을 포함할 수 있고, 바람직하게는 음극 활물질을 포함할 수 있다.
상기 음극 집전체는 예를 들면, 금, 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄, 구리 또는 이들의 합금을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 음극 활물질은 예를 들면 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 계열 재료; 리튬 합금; 규소 또는 주석 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 음극 활물질은 상기 탄소 계열 재료를 포함할 수 있다.
상기 비정질 탄소는 예들 들면, 하드카본, 코크스, 1500
Figure pat00001
이하에서 소성한 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbead: MCMB), 메조페이스피치계 탄소섬유(mesophase pitch-based carbon fiber: MPCF) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 결정질 탄소는 예를 들면, 천연흑연, 흑연화 코크스, 흑연화 MCMB, 흑연화 MPCF 등과 같은 흑연계 탄소를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 리튬 합금에 포함되는 원소로는 예를 들면, 알루미늄, 아연, 비스무스, 카드뮴, 안티몬, 실리콘, 납, 주석, 갈륨 또는 인듐 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 이차 전지는 전술한 양극 및 음극 이외에 필요에 따라 추가의 전극을 더 포함할 수도 있다.
수계 전해질
본 발명의 일 양태에 따른 이차 전지는 초순수를 포함하는 수계 전해질을 포함하며, 상기 수계 전해질은 금속 이온 또는 유기용매를 포함하지 않는 것을 그 특징으로 한다.
이와 같이, 상기 이차 전지가 금속 이온 또는 유기용매를 포함하지 않고 초순수만을 수계 전해질로 포함함으로써, 화재 또는 폭발에 의한 위험으로부터 안전하고, 충전 또는 방전 용량이 우수한 이점이 있다.
상기 초순수 내에 포함되어 있는 수계 이온은 지구상 어디에나 존재하며, 모든 이온 중 가장 가볍고 작은 특징이 있다. 이로 인해, 금속 이온과 비교하여 활물질 내부에 더 많은 전하를 운반하는 것이 가능하며, 삽입 및 탈리에 의한 구조적 스트레스가 상대적으로 적어 높은 사이클 수명 특성이 향상되는 이점이 있다.
또한, 프러시안 블루계 물질에 금속 이온 등이 포함된 수계 전해질을 사용하는 경우, 프러시안 블루계 물질 구조 내 Fe(CN)6의 공간(vacancy)에 전이 금속 이온이 치환되어 면심 입방 구조에서 다른 형태의 입방 구조로 상변화를 야기함으로써 사이클 성능이 저하되는 문제가 발생하지만, 본 발명의 이차 전지는 금속 이온을 포함하지 않는 초순수만을 수계 전해질로 포함함으로써, 상기 구조의 상변화를 최소화하는 이점이 있다.
상기와 같이 수계 전해질로써 초순수를 포함하는 경우, 이차 전지의 충전 과정에서 양극의 전극 내로 수소 이온이 삽입되어 전해질 내 수소 이온이 소모되더라도, 그로투스(Grotthuss) 메커니즘에 의해 이온화 평형을 맞추기 위한 자기 이온화(H2O가 H3O+와 OH-로 이온화됨)가 진행됨으로써, 지속적인 수소 이온을 제공할 수 있으며, 이를 통해 충전 또는 방전 용량이 향상되는 이점이 있다.
분리막
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 이차 전지는 분리막을 더 포함할 수 있다.
상기 분리막은 절연 소재의 얇은 다공성 막으로, 상기 양극과 음극의 접촉을 방지하는 역할을 할 수 있으며, 이차 전지의 내부 온도가 일정 수준 이상으로 올라가는 것을 방지할 수 있다.
상기 분리막은 상기 양극 및 음극 사이에 개재될 수 있으며, 예를 들면 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체, 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름, 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 등으로 형성된 부직포를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
<디바이스>
본 발명이 다른 양태는 전술한 이차 전지를 포함하는 디바이스에 관한 것으로, 상기 디바이스는 예를 들면 전지 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당 업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다. 이하의 실시예 및 비교예에서 함량을 나타내는 "%" 및 "부"는 특별히 언급하지 않는 한 중량 기준이다.
본 발명의 모든 전기화학적 실험은 충전/방전시험기(WBCS 3000, WonATech)를 이용하여 수행되었다. 전기화학적 시험 조건은 0.0 - 1.17 V vs. Ag/AgCl 및 0.0 - 1.1 V vs. SCE의 전위 범위 내에서 1.0 및 0.1 C-rate와 0.1 mV s-1의 주사속도로 진행되었다.
제조예 1: 프러시안 블루 유사체의 제조
0.05 mol dm-3 (M)의 K3Fe(CN)6 (Sigma Aldrich, ACS reagent, ≥99.0%)와 0.10 M의 Cu(NO3)2 (Alfa Aesar, Puratronic, 99.999%)를 120 cm3의 부피로 각각 초순수(Honeywell, ACS reagent, HPLC grade)에 용해시켰다. 이와 같이 제조된 두 용액을 80 ℃로 가열된 60 cm3 초순수에 동시 적하하여 120 rpm으로 혼합하였다. 그 후 혼합 용액을 30분간 초음파 처리한 후 6시간 동안 80 ℃를 유지하며 에이징(aging)을 진행하였다. 그 후, 생성된 반응 침전물을 감압여과한 후 상온, 진공상태에서 24시간 동안 건조시켰으며, 본 과정은 도 2에 개시하였다.
제조예 2: 양극(작업 전극)의 제조
상기 제조예 1에서 합성된 CuHCF 활물질 분말 80 중량%, 도전재로써 사용된 Super P 9 중량%, 그라파이트 파우더(Graphite powder) 2 중량%, 그리고 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVdF) 바인더 9 중량%를 혼합한 슬러리를 600 rpm에서 6시간 동안 교반하였다. 그 후 집전체인 카본 클로스(carbon cloth, 5% wet proofing, Fuel Cell Earth)에 코팅하여 80 ℃진공상태에서 12 시간 동안 건조하여, 양극(작업 전극)을 제조하였으며, 본 과정은 도 2에 개시하였다.
제조예 3: 음극(상대 전극)의 제조
활성탄(Sigma Aldrich, -100 mesh particle size) 90 중량%와 PVdF 10 중량%를 혼합하여 슬러리를 만든 후 6시간 동안 600 rpm으로 교반한 후, 카본 클로스(carbon cloth, 5% wet proofing, Fuel Cell Earth)에 코팅하여 80 ℃진공상태에서 12 시간 동안 건조하여, 음극(상대 전극)을 제조하였다.
실시예: 초순수를 전해질로 사용하는 이차 전지의 제조
항온/항습챔버(TC-KE-065, JEIO TECH)에서 25 ℃의 온도가 유지된 상태로 도 3과 같이 직접 제작된 3전극 셀 형태의 이차 전지 모형을 제작하였다. 상기 제조예 1에서 제조된 CuHCF 전극과 제조예 2에서 제조된 활성탄 전극을 각각 작업 전극과 상대 전극으로 사용하였으며, 각 실험에 따라 기준 전극으로는 은-염화 은 전극(Ag/AgCl electrode, Metrohm Autolab) 또는 포화칼로멜전극 (Saturated calomel electrode, SCE)을 사용하였고, 전해질로는 초순수(Ultrapure water, 25℃에서 중성, 수소이온 1.0 × 10-7 M 포함)를 사용하여 이차 전지 모형을 제조하였다.
비교예: 유기용매를 전해질로 사용하는 이차 전지의 제조
비교예 1
상기 실시예에서, 전해질로서 초순수를 디메틸 카르보네이트(Dimethyl Carbonate, DMC)로 대체한 것을 제외하고는 동일한 구성 및 방법으로 이차 전지 모형을 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예에서, 전해질로서 초순수를 프로필렌 카르보네이트(Propylene Carbonate, PC)로 대체한 것을 제외하고는 동일한 구성 및 방법으로 이차 전지 모형을 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예에서, 전해질로서 초순수를 에틸렌 카르보네이트(Ethylene Carbonate, EC) 및 에틸메틸 카르보네이트(Ethyle Methyle Carbonate, EMC)의 혼합액으로 대체한 것을 제외하고는 동일한 구성 및 방법으로 이차 전지 모형을 제조하였다.
실험예 1: 양극 활물질 분석
상기 제조예 1에서 합성된 CuHCF 활물질을 확인하기 위해 X선 회절 분석(X-ray diffraction, XRD, MiniFlex 600, Rigaku)을 통해 그 구조를 확인하였다(도 4의 (a) 참조). 상기 제조예 1에서 합성된 CuHCF 활물질의 회절 패턴을 Joint committee on powder diffraction standards (JCPDS)의 Powder diffraction file (PDF) No.86-0513과 비교한 결과, 모든 회절 패턴의 위치가 동일함을 확인하였다. 또한, 상기 제조예 1에서 합성된 CuHCF의 활물질이 면심 입방 구조 (Face centered cubic structure, FCC)를 갖고 있음을 확인하였다.
또한, 상기 제조예 1에서 합성된 CuHCF 활물질을 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM, SUPRA 55VP, Carl Zeiss)을 통해 확인한 결과, CuHCF 입자들은 대체적으로 불균일한 형태를 가지며, 50 내지 100 nm 정도의 크기의 입자들이 분포되어 있음을 확인하였다(도 4의 (b) 참조).
실험예 2-1: 초순수 전해질에서 CuHCF 전극의 순환전압전류 분석
상기 실시예 1에서 작업전극인 CuHCF 전극의 순환전압전류를 분석하였으며, 이 때 상기 분석은 0.0 - 1.17 V vs. Ag/AgCl의 전위 범위에서 0.1 mV s-1의 주사속도로 수행되었고, 그 결과를 도 5에 개시하였다.
도 5를 참고하면, 도 5의 산화/환원 커브는 표준 환원 전위 표를 참조하여 0.75 V 부근에 확인되는 커브에서 Fe2+가 전자를 잃어 Fe3+로 산화되며, 0.48 V 부근에 확인되는 커브는 Fe3+가 전자를 얻어 Fe2+로 환원되는 것으로 확인할 수 있었다.
실험예 2-2: 유기 용매 전해질에서 CuHCF 전극이 순환전압전류 분석
상기 비교예 1 내지 3에서 작업전극인 CuHCF 전극의 순환전압전류를 분석하였으며, 이 때 상기 분석은 -0.5 - 1.3 V vs. Ag/AgCl의 전위범위에서 0.1 mV s-1의 주사속도로 수행하였고, 그 결과를 도 6에 개시하였다.
도 6을 참고하면, 수소 이온 전해질을 도입한 실험(도 6의 (a) 참조)은 그 결과 산화/환원 커브가 확인된 반면, 유기 용매를 전해질로 사용하였을 경우(도 6의 (b), (c), (d) 참조) 모두 순환전압전류 결과 그래프 상에 어떠한 산화/환원 커브도 확인되지 않았다. 이를 통해, 수소 이온이 전하 캐리어로써 작동한다는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2-3: 초순수 전해질에서 상대 전극의 순환전압전류 분석
상기 실시예 1에서 상대 전극인 활성탄 전극의 순환전압전류를 상기 실험예 2-1과 동일한 전위범위 및 주사속도의 조건으로 분석하였으며, 그 결과를 도 7에 개시하였다.
도 7을 참고하면, 상대 전극인 활성탄 전극에 해당하는 그래프에서 커패시터의 전형적인 흡착/탈착 반응에 해당하는 커브가 관찰된 것을 확인할 수 있었다. 이는, 초순수 전해질에 포함되어 있는 H3O+가 CuHCF 전극 내부로 삽입/탈리할 때, 초순수에 음이온으로 존재하는 OH-가 정적기적 인력에 의해 상대 전극인 활성탄 전극에 흡착/탈착되는 것으로 확인된다.
실험예 3: CuHCF 전극의 산화/환원 상태에 따른 산화수 변화 분석
상기 실시예 1에서 작업전극인 CuHCF 전극의 산화/환원 상태에 따른 산화수 변화를 X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS, K Alpha, Thermo Science)을 통해 분석하였으며, 60초 1회 아르곤 식각 후 프리스틴(Pristine) CuHCF 전극과 산화·환원 상태 CuHCF 전극의 Fe 2p 결과를 도 8에 개시하였다.
도 8을 참고하면, 산화 상태 전극에서 Fe3+/Fe2+의 면적비가 1.02로 Fe2+의 함량이 감소하였으며, 환원 상태 전극에서 다시 Fe3+/Fe2+의 면적비가 0.50으로 Fe3+의 함량이 증가함을 확인하였다. 이는 상기 실험예 2의 순환전압전류 분석 결과와 일치한 결과를 나타내며, 수소 이온 전해질에서 CuHCF 전극의 산화/환원 쌍은 Fe가 전하 저장에 참여하여 나타나는 Fe3+/Fe2+에 기인한 산화/환원 반응으로 확인되었다.
실험예 4: CuHCF 전극의 충전/방전 특성 실험
실험예 4-1: 초순수 전해질에서 CuHCF 전극의 충전/방전 특성 실험
1.0 C의 속도로 상기 실시예 1에서 작업전극인 CuHCF 전극의 충전/방전 특성을 분석하였으며, 그 결과를 도 9에 개시하였다.
도 9를 참고하면, 상기 실시예 1에서 작업전극인 CuHCF의 충전 용량은 49 mAh g-1이고, 방전 용량은 52 mAh g-1인 것을 확인할 수 있었다.
실험예 4-2: 전해질에 따른 CuHCF 전극의 충전/방전 특성 비교
1.0 C의 속도로 상기 실시예 1에서 작업전극인 CuHCF 전극 및 금속이온 전해질을 사용한 하기 [표 1]의 비교예 4 내지 7에서의 작업전극인 CuHCF의 충전/방전 특성을 분석하였으며, 그 결과를 도 10에 개시하였다. 상기 비교예 4 내지 7은 상기 실시예 1에서 전해질의 종류를 각각 하기 [표 1]과 같이 변경한 것을 제외하고는 동일한 구성 및 방법으로 제조된 이차 전지 모형이다.
금속 이온 전해질 종류
비교예 4 Zn(NO3)2 1.0 M
비교예 5 ZnSO4 1.0M
비교예 6 Ca(NO3)2 1.0M
비교예 7 LiCl 1.0M
도 10을 참고하면, 초순수가 전해질로 사용된 실시예 1의 CuHCF 전극의 방전용량이 약 66 mAh g-1로 가장 높은 것을 확인할 수 있었으며, 이는 CuHCF 전극 내부로 가장 작은 이온 반경을 갖는 수소 이온이 다량 삽입/탈리됨으로써 보다 많은 전하가 저장/방출되었을 것으로 예상할 수 있었다.

Claims (7)

  1. 프러시안 블루 유사체(Prussia Blue Analogue, PBA)를 포함하는 양극;
    음극; 및
    초순수를 포함하는 수계 전해질;을 포함하되,
    상기 수계 전해질은 금속 이온 또는 유기용매를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프러시안 블루 유사체(Prussian Blue Analogue, PBA)는 CuHCF(Copper hexacyanoferrate), FeHCF(Iron hexacyanoferrate), CoHCF(Cobalt hexacyanoferrate) 및 MnHCMn(Manganese hexacyanomanganate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프러시안 블루 유사체(Prussian Blue Analogue, PBA)는 CuHCF(Copper hexacyanoferrate)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 음극은 음극 집전체 또는 음극 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 음극은 음극 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 음극 활물질은 탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 이차 전지를 포함하는 디바이스.
KR1020220054894A 2022-04-05 2022-05-03 프러시안 블루 유사체 양극을 포함하는 이차 전지 KR20230143532A (ko)

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