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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

박효석 (전북대학교, 전북대학교 일반대학원)

지도교수
남기석
발행연도
2017
저작권
전북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수3

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이 논문의 연구 히스토리 (4)

초록· 키워드

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Rechargeable lithium-oxygen battery is an attractive candidate for the next generation energy storage device. However, there are various critical issues to overcome to make them practical. It is necessary to develop a suitable bifunctional catalyst that catalyzes oxygen redution reaction(ORR) as well as oxygen evolution reaction(OER) that takes place in Li-O2 system.
In this regard, Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3(BSCF) is a well known OER catalyst though it shows a relatively poor catalytic activity for ORR. In order to improve ORR activity, palladium was made to grow on the surface of BSCF. The synthesized Pd/BSCF showed good ORR and OER activity when tested in aqueous medium (ORR onset potential : -0.072 V vs Hg/HgO, OER onset potential : 0.700 V vs Hg/HgO). When tested in non-aqueous lithium air battery, it delivered a two-fold increase in specific capacity (4170 mAh/g) with an overpotential of 0.8 V. When compared to BSCF, Pd/BSCF delivered good cyclability (50 cycle) at 500 mAh/g limit with low overpotential (0.8 V).
To further improve the activity of BSCF, the ball-milling was performed over the synthesized BSCF. Ball-milling process increased the overall specific surface area, which plays a major role in the increase of the active reaction sites, resulting a great influence on the catalytic activity. Ball-milling for 24 hours showed better results in terms of onset potential (ORR onset potential : -0.126 V vs Hg/HgO, OER onset potential : 0.665 V vs Hg/HgO) and current density. BM-BSCF showed lower catalytic activity than Pd/BSCF.
To enhance both ORR and OER activity, palladium were grown on 24hours ball-milled BSCF. The Pd/BM-BSCF delivered excellent electrocatalytic activity when compared to only Pd/BSCF electrode. Especially, 20 wt% Pd on BM-BSCF was found to be the best catalyst among all other synthesized catalysts. The ORR onset potential of 20 wt% Pd/BM-BSCF was ?0.053 V and OER onset potential was 0.700 V.
Consequently, it was found that the increased surface area and the appropriate amount of palladium decorated on BSCF greatly improved the electrocatalytic activity. It is concluded that 20 wt% Pd on BM-BSCF is found to be the better suitable bifunctional electrocatalysts.

목차

1. 서론 1
2. 이론적 배경 3
2.1. 리튬-공기 전지의 원리 3
2.2. 리튬-공기 전지의 주요반응 5
2.2.1. 산소환원반응(oxygen reduction reaction) 5
2.2.2. 산소발생반응(oxygen evolution reaction) 6
2.3. 페로브스카이트 형 산화물 7
2.3.1. 페로브스카이트 형 산화물 구조 7
2.3.2. 페로브스카이트 형 촉매의 리튬-공기 전지 적용 9
2.4. 귀금속 촉매 10
2.5. 볼-밀링(Ball-milling) 11
2.6. 액상환원법 이용한 담지촉매의 합성 11
2.7. 전기화학 측정방법 14
3. 실 험 15
3.1. 재료 및 시약 15
3.2. Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ 합성 16
3.3. Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ의 Pd deposit 18
3.4. Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ의 ballmilling 20
3.5. 특성 분석 21
3.5.1. 구조 특성 분석 21
3.5.2. 전기화학 특성분석 22
3.5.3. 리튬-공기 전지 성능 평가 24
4. 결과 및 고찰 25
4.1. BSCF의 촉매 성능 연구 25
4.1.1. 구조 분석 25
4.1.1.1. XRD 분석 25
4.1.1.2. FE-SEM 분석 27
4.2. Pd deposit한 BSCF의 촉매 성능 연구 32
4.2.1. 구조 분석 32
4.2.1.1. XRD 분석 32
4.2.1.2. FE-SEM 분석 34
4.2.1.3. BET 분석 43
4.2.2. 전기화학 특성 분석 46
4.2.2.1. 순환전압전류법(Cyclic Voltammetry) 46
4.2.2.2. 선형 주사전위법(Linear Sweep Voltammetry) 48
4.2.3. 충·방전 분석 65
4.2.3.1. Full cycle charge discharge 65
4.2.3.2. Limited capacity charge discharge 69
4.2.4. Post characterization 73
4.3. 볼밀링한 BSCF의 촉매 성능 연구 76
4.3.1. 구조 분석 76
4.3.1.1. XRD 분석 76
4.3.1.2. FE-SEM 분석 78
4.3.1.3. BET 분석 86
4.3.2. 전기화학 특성 분석 89
4.3.2.1. 순환전압전류법(Cyclic Voltammetry) 89
4.3.2.2. 선형 주사전위법(Linear Sweep Voltammetry) 91
4.4. Pd deposit한 BM-BSCF의 촉매 성능 연구 107
4.4.1. 구조분석 107
4.4.1.1. XRD 분석 107
4.4.1.2. FE-SEM 분석 109
4.4.1.3. BET 분석 111
4.4.2. 전기화학 특성 분석 115
4.4.2.1. 순환전압전류법(Cyclic Voltammetry) 115
4.4.2.2. 선형 주사전위법(Linear Sweep Voltammetry) 117
5. 결론 134
참고자료 및 문헌 136

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