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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

최유송 (충남대학교, 忠南大學校 大學院)

지도교수
이영석
발행연도
2014
저작권
충남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수5

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이 논문의 연구 히스토리 (4)

초록· 키워드

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This study aims to investigate the effect of physical modification of FeS2 powder cathode materials of thermal batteries and conductive carbon addition in the electrochemical properties of the thermal batteries. The physical modification of FeS2 powder was performed by pulverizing FeS2 powder and the conductive carbon addition was performed by adding carbon black(CB) and multi-walled carbon nanotube(MWCNT) with various amounts from 0.1 to 1 wt.%, compared to the amount of pure FeS2. The microstructure and thermal stability of the prepared cathode
materials are also investigated to study how the changes of the cathode materials affected the electrochemical properties of the prepared thermal batteries.
The average particle size and distribution of FeS2 powder are changed with the ball-milling time. After 170 hour ball-milling, the average particle size was drastically decreased from 98.4 ㎛ to 1.46 ㎛ with the narrowest size distribution with a single peak and fine particles of FeS2 were obtained. With the unit cell discharge test at 450℃, the electrochemical capacity of 1.46 ㎛ pyrite-cell is significantly increased, compared to that of 98.4 ㎛ pyrite-cell. The internal resistance is also decreased. The result is attributed to the increase of active reaction area of pyrite by ball milling. However, with unit cell discharge test at 500℃, the 1.46 ㎛ pyrite cell shows lower internal resistance than 98.4 ㎛ pyrite cell only in the Z-phase region (FeS2 → Li3Fe2S4). After that, the 1.46 ㎛ pyrite cell shows rapidly decreasing capacity and internal resistance in X-phase region (Li3Fe2S4 → LiFe2S4) compared to the 98.4 ㎛ pyrite cell. It can be concluded that at higher temperature, thermally unstable pulverized pyrite is thermally decomposed as well as self-discharged simultaneously causing higher resistance and lower capacity at 500℃ than that of the 98.4 ㎛ pyrite cell.
Among the samples prepared with various amounts of CB or MWCNT, the 1 wt.% CB-added sample exhibits the highest electrochemical properties. Within the range of 0.1~0.5 wt.%, the MWCNT-added samples show better electrochemical properties, such as charge transfer resistance and exchange current density, than the CB-added samples. However, in the range of 0.5~1 wt.%, the CB-added samples exhibit better electrochemical properties than the MWCNT-added samples. These results suggest that the improvement in the electrochemical performance of thermal batteries can be achieved by the addition of the conductive carbonaceous materials to pyrite electrode.

목차

1. 서 론 1
2. 이론적 배경 4
2.1. 열전지 (thermal battery) 4
2.2. 음극 6
2.3. 양극 9
2.4. 전해질 15
2.5. 전도성 첨가제 26
3. 실험 및 분석 41
3.1. 재료 및 시약 41
3.2. 실험 및 분석장치 41
3.3. 실험방법 45
3.3.1. 전극 및 전해질 제조 45
3.3.2. 전도성 첨가제 첨가 양극 제조 46
3.3.3. FeS2 및 전도성 첨가제 입자 분산 실험 46
3.3.4. 전극내 염 및 전해질 별 시편 제조 50
3.4 분석 50
3.4.1. 입도 및 미세구조 분석 50
3.4.2. 결정구조 및 열안정성 분석 51
3.4.3. 볼밀링 후 전기화학적 특성 분석 51
3.4.4. 볼밀링 된 FeS2 양극 펠렛 미세구조 및 성분 분석 52
3.4.5. FeS2 반응 메커니즘 분석 52
3.4.6. 기존 FeS2 분말에 전도성 첨가제가 첨가된 양극 전기화학적 특성 분석 52
3.4.7. 미세 FeS2 분말에 전도성 첨가제가 첨가된 양극 전기화학적 특성 분석 53
3.4.8. FeS2 및 전도성 첨가제 분산에 따른 전기화학적 특성분석 54
3.4.9. 전극내 염 및 전해질 변경에 따른 전기화학적 특성 분석 54
4. 결과 및 고찰 55
4.1. 볼밀링 시간에 따른 FeS2 특성 55
4.1.1. 입도분석 55
4.1.2. 구조분석 62
4.1.3. 열안정성 분석 65
4.1.4. 열분해 활성화에너지 68
4.2. 볼밀링된 FeS2 전극의 전기화학적 특성 70
4.2.1. 볼밀링 시간에 따른 FeS2양극 미세구조 70
4.2.2. 단위전지 방전 특성 70
4.3. 미세 FeS2 양극 반응 메커니즘 76
4.3.1. 미세 FeS2 양극 펠렛 미세구조 분석 76
4.3.2. 미세 FeS2 분말의 450 단위전지 방전 특성 85
4.3.3. 미세 FeS2 분말의 500 단위전지 방전 특성 92
4.3.4. 미세 FeS2의 반응 메커니즘 분석 93
4.3.5. 자가방전 특성 101
4.4. 기존 양극(FeS2)내 전도성 첨가제에 따른 전기화학적 특성 107
4.4.1. 미세구조 분석 107
4.4.2. 결정구조 및 성분 분석 109
4.4.3. 단위전지 방전특성 109
4.4.4. 집중요소모델 분석 118
4.5. 미세 FeS2분말에 전도성 첨가제 분산에 따른 전기화학적 특성 123
4.5.1. 단위전지 방전특성 123
4.5.2. 미세구조 분석 124
4.5.3. 분산 후 단위전지 방전특성 130
4.5.4. 분산효과에 따른 EIS 특성 137
4.6. 전극내 염 및 전해질 변경에 따른 전기화학적 특성 141
4.6.1. 온도변화에 따른 임피던스 특성 141
4.6.2. 전해질 변화에 따른 임피던스 특성 147
4.6.3. 전극내 염 변화에 따른 임피던스 특성 147
4.6.4. 온도변화에 따른 Nyquist 특성 148
4.6.5. 집중요소모델 분석 157
5. 결 론 163
참고문헌 165

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