부산대학교 도서관

The importance of using eco-friend energy is steadily increasing, and the demand for energy storage systems to efficiently use this energy is growing rapidly. Lithium-ion batteries are a prominent energy storage system, widely utilized in various electronic devices such as smart phone, laptop computer, smart devices, electronic vehicles, and more due to their high energy density and long cycle life. However, the global concentration of lithium resources in specific countries can lead to problems like resource militarization and may result in an unstable supply and pricing.To address this issue, the development of alternative energy storage systems to replacing lithium-ion batteries has become essential. Na/K-ion batteries have emerged as promising candidates because of their abundant reserves, which can lead to cost-effective and stable supply prices in comparison to lithium. However, it is necessary to overcoming the low energy density and irreversibility caused by high redox potential of Na+/Na (-2.71 V vs. standard hydrogen electrode) and K+/K (-2.93 V vs. standard hydrogen electrode) and significant structural changes of active materialsIn this paper, we conducted research based on the transition metal substitution strategy to enable stable intercalation and deintercalation of a larger number of alkali ions within the structure, thereby maintaining a stable structure and facilitating reversible charging and discharging. We elucidated the electrochemical behavior, structural changes, and reaction mechanisms of the cathodes using various advanced analyses and first-principles calculations. Through this, we discovered high-performance cathode materials for Na/K-ion batteries. These findings represent a high-level research case demonstrating strategies for the development of high-performance cathode materials for alkali-ion batteries.
친환경 에너지의 중요성이 지속적으로 부각되면서, 효율적인 에너지 저장 시스템의 수요가 급증하고 있음. 리튬이온전지는 높은 에너지 밀도와 긴 수명 특성으로 인해 다양한 전자기기에서 활용되고 있는 대표적인 에너지 저장시스템임. 하지만, 특정 국가에 집중된 리튬 자원의 매장량으로 인해, 자원의 무기화 같은 문제가 발생할 수 있음. 이 문제를 해결하기 위해서는 리튬이온전지를 대체할 수 있는 차세대 에너지 저장 시스템의 개발이 필수적임.소듐이온전지와 포타슘이온전지는 리튬에 비해 풍부한 매장량으로 인해 안정적이고 저렴한 공급 가격을 유지할 수 있기 때문에, 차세대 에너지 저장 시스템으로 주목받아 왔음. 그러나 소듐이온전지와 포타슘이온전지는 소듐과 포타슘의 높은 산화/환원 준위로 인한 낮은 에너지밀도와, 큰 이온반경으로 인해 발생하는 활물질의 높은 구조변화를 개선하기 위한 연구가 필수적으로 진행되야함.본 연구에서는 산화/환원 비활성 금속 치환 전략을 통해 높은 전기화학적 특성을 갖는 소듐이온전지와 포타슘이온전지용 양극소재를 개발하는 연구를 진행했음. 산화/환원 비활성 금속 치환 구조를 형성하여, 구조적 안정성이 향상된 양극소재들은 충/방전 과정에서 더 많은 알칼리 이온을 삽입/탈리 시킬 수 있게 되었으며, 이로 인해 고에너지특성과 같은 높은 전기화학적 특성을 달성할 수 있었음. 또한, 다양한 고도분석과, X선 기반의 다양한 고도분석과 제1원리 계산을 활용하여 개발된 양극소재들 전기화학적 거동, 구조적 변화 및 에너지 저장 메커니즘 및 성능 향상 요인을 규명했음.