작업전극으로 사용될 폴리우레탄 샘플을 준비하는 과정. 또한, 탄소전극의 경우 리튬이온 삽입 및 탈리튬화 과정에서 매우 큰 부피 변화로 인해 Cycle이 진행됨에 따라 급격한 성능 저하를 보이는 등 전지 안전성 문제가 있다. 그러나 순수 주석 전극은 탄소 전극과 마찬가지로 리튬 이온의 삽입과 탈리튬화 과정으로 인해 낮은 사이클 특성을 나타냅니다.
따라서 주석-니켈 합금 전극은 높은 이론비축전용량을 가지면서 안정적인 사이클 특성을 나타내는 전극의 가능성을 보인다. 본 연구에서는 다공성 주석-니켈 합금 전극을 형성하기 위해 기공 크기가 200μm인 폴리우레탄 템플릿을 사용했습니다.
이론적 배경
이러한 전극의 환원 전위를 표현하는 방정식을 Nernst 방정식이라고 합니다[10]. ① 수화된 금속 이온이 전해질에서 전극으로 확산 이동합니다. ① 표준전극간의 전위차가 작은 금속이온을 사용합니다.
이러한 착화제는 전해질의 금속 이온이 전극에 더 쉽게 부착되도록 도와줍니다. 순환전압전류법(CV)은 전극 전위를 일정한 속도로 순환시켜 전류를 측정하는 방법입니다.
![그림 2-1. 금속 다공체 구조 (a) 닫힌 셀 구조 (b) 열린 셀 구조 (Ref. [6])](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/10459922.0/13.892.253.662.151.355/그림-금속-다공체-구조-닫힌-구조-열린-구조.webp)
실험 방법
본 연구에서는 전기화학 실험에 기본적으로 사용되는 3전극 셀을 제작하여 테스트하였다. 전기도금 공정에는 Potentiostat(Iviumstat®)을 사용하였으며, 인위적으로 정전위 또는 정전류를 인가하는 순환전압주사법, 정전위 시험법, 정전류 시험법 등의 전기화학적 실험을 진행하였다. 주석과 니켈의 증착을 돕기 위해 전해질에 첨가제를 추가하고 테스트했습니다.
준비된 시료와 전해액으로 구성된 전기화학적 3전극 셀을 이용하여 전위차계에 외부 전원을 공급하여 전기화학적 도금 실험을 수행하였다. 전해도금 시험법으로는 일정 시간 동안 동일한 전위를 인가하는 정전위 시험법과 일정 시간 동안 동일한 전류를 인가하는 정전류 시험법이 사용된다. 따라서 본 연구에서는 온도가 변수가 되지 않도록 25°C로 일정하게 유지되는 항온조를 사용하였다.
실험에서는 전해액에 따른 전극응답의 변화를 관찰하기 위해 초기에 순환전압주사법을 실시하였고, 정전위시험법과 정전류시험법을 통해 폴리우레탄 시료에 주석과 니켈을 동시에 전해도금하였다. . 온도 조건을 설정하기 위해 서로 다른 온도에서의 열처리를 비교했습니다. 열처리 중 시료의 산화를 방지하기 위해 불활성 가스 분위기에서 열처리를 실시하였다.
전계방출형 주사전자현미경(FESEM, JSM6500F)을 사용하여 샘플에 증착된 침전물의 표면 형태와 두께를 분석했습니다. 전해질, pH, 시간, 전위, 전류 등의 변수에 따라 달라지는 증착 물질의 특성을 분석하여 주석-니켈 합금의 최적 조건을 결정하였다. 에너지 분산 분광법(EDS)을 사용하여 증착된 합금의 조성과 비율을 분석했습니다.
결과 및 고찰
이는 과전압으로 인한 증착 불균일 현상이다. 이러한 추세는 주석 대 니켈 증착 비율에 영향을 미칩니다. 피로인산칼륨의 전해질 전위에 따른 침강속도의 변화.
피로인산칼륨 전해질의 전류에 따른 정전류 시험법에서는 증착된 물질이 표면을 완전히 덮지 못하는 것으로 나타났다. 피로인산칼륨 전해질의 전류에 따라 증착 효율이 달라집니다. 전위차계와 비교하면 전체 침전물 중 주석과 니켈의 비율이 크게 증가한 것을 알 수 있다.
피로인산칼륨 전해질의 전류에 따른 증착속도 변화. 피로인산칼륨 용액의 정전류 실험 정전위 실험에서는 표면에 불균일한 증착과 공극이 관찰되었습니다. 이러한 경향은 pH 5에서도 나타납니다. b)는 구연산염-니켈 용액의 다주기 전압 스캔 그래프이다.
또한 사이클이 진행됨에 따라 최대 감소 전위 값이 약간 증가합니다. c)는 피로인산염-구연산염-주석-니켈 용액의 다주기 전압 스캔 그래프이다. 이는 주석-니켈의 공증착이 일어나는 것을 보여준다. 이는 보다 양의 표준 전극 전위 값을 갖는 주석이 우선적으로 석출되기 시작함을 나타냅니다.
이는 주석이 먼저 단일 층에 증착된 다음 전위가 증가함에 따라 니켈과 함께 증착되고 NiSn 형태로 증착되어 증착된다는 것을 나타냅니다[35]. 표면 전체에 보이드가 존재하지만 퇴적물의 크기가 매우 크다. 나머지 전위에서는 퇴적물의 직경이 작지만 표면을 완전히 덮지는 않습니다.
실험에서는 온도와 유량을 변수로 하여 동일한 조건에서 증착된 샘플을 열처리하였다.
결론
참고문헌
Abstract
The formation of the porous current collector can be performed by various processes such as PVD, CVD, electroless plating, and electrolytic plating. Among them, the electroplating method is cheap because it can be formed in a single process, and various kinds of parameters such as additives can be controlled to obtain the desired film quality. The shape, thickness and composition of the tin-nickel alloy were controlled by controlling parameters such as the type of cracking solution, pH, deposition time, current and potential through the electroplating process.
In this study, a polyurethane template with a pore size of 200 μm was used to pattern a porous tin-nickel alloy electrode. After electroplating the polyurethane template, the deposited tin-nickel alloy was heat treated to remove the polyurethane template to form a pure alloy porous electrode with sufficient mechanical strength to be used as an electrode. In this process, we studied the characteristics and thickness of the tin-nickel alloy coating and the pore size of the porous body with different parameter settings.
![그림 2 – 4. 주석-니켈 합금상에 따른 전극 성능의 변화 (Ref. [39]).](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/10459922.0/24.892.119.771.490.806/그림-주석-니켈-합금상에-따른-전극-성능의-변화.webp)
