화공신소재기초실험, 화학공학실험1 결과 보고서 - 셀 충방전 평가 및 CV 평가, 양극 구조 변화 분석(XRD)

소개

"화공신소재기초실험 결과 보고서 - 셀 충방전 평가 및 CV 평가, 양극 구조 변화 분석(XRD)"에 대한 내용입니다.
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목차

I. 12주차 : 셀 충방전 평가 및 CV 평가
1. 실험 결과
2. 실험 결과 해석 및 논의
3. 질문에 대한 답변
4. 실험 보고서 참고 문헌

II. 13주차: 양극 구조 변화 분석
1. 실험 결과
2. 실험 결과 해석 및 논의
3. 실험 보고서 참고 문헌

본문내용

12주차 : 셀 충방전 평가 및 CV 평가

1. 실험 결과
● 제작한 셀의 안정화를 위해 rest 과정을 거친 뒤, 충방전기에 걸어 주고, 미리 제작해 둔 스케줄 파일에 따라 충방전 과정을 거쳐 주었다. 단위 면적당 전류는 100mA/g = 0.1A/g으로, 0.8V를 한계 방전으로 하여 충전으로 넘어가고, 1.9V를 한계 충전으로 하여 방전으로 넘어갔으며, 해당 과정을 100 cycle 반복하였다.
● CV test 기기의 변수를 설정해 주고, 셀을 기기에 끼운 뒤, working electrode 집게와 counter electrode 집게를 연결해 주었다. Scan rate는 0.1 mV/s로 설정하였다. 이때, 사용한 활물질의 무게는 1.3mg이고, 활성 면적은 1cm2이었다.
● 두 실험 결과 그래프는 모두 [부록]에 첨부.

2. 실험 결과 해석 및 논의
(1) 충방전 평가
● 전지의 이론 용량은 활물질의 양에 의해 결정되며, 전지가 완전히 방전되는 동안 반응으로부터 생성되는 전자의 몰수와 Faraday 상수의 곱이고, 전지의 실제 용량은 전지의 용량을 완전히 방전(혹은 충전)하는 데 소요되는 시간과 충방전 전류의 곱이다. 따라서..

<중 략>

13주차: 양극 구조 변화 분석

1. 실험 결과
● 탄성 점토를 활용하여 XRD 홀더에 전극과 MnO2 powder 샘플을 로딩해 주었다. 이때, 샘플의 종류마다 홀더의 종류를 다르게 하여 powder 형태의 샘플인 경우 표면이 거친 홀더에 로딩해 주고, spin하지 않도록 체크해 주었다. 로딩한 샘플은 모두 유리 기판으로 고정해 주었다.
● 전원을 켜 둔 칠러(22°로 설정)와 XRD 장비를 확인하고, XRD 장비를 열어 홀더를 내려둔 뒤, door lock 버튼을 눌러 잠금 처리를 해 주었다. SmartLab Studio 프로그램을 통해 X-ray aging, XRD 측정 조건 설정 이후 측정을 시작했고, 측정이 끝난 뒤 장비를 켤 때의 순서와 역순으로 꺼 주었다.

참고자료

· [국문 석사] 고은비. (2002). “코인 풀 셀 평가를 통한 리튬이온 이차전지의 전기화학적 특성 및 퇴화 거동에 대한 연구”, 석사학위논문, 한국산업기술대학교 대학원, 시흥, 경기도, 85 pages.
· [국내] 김수진, 서진성, 나병기. (2021) “Synthesis and Electrochemical Properties of Zn and Al added LiNi0.85Co0.15O2 Cathode Materials”, 화학공학, 59(1), pp.42-48.
· [외국] Ren, Y. (2021). Metal Electrodes for Battery Technologies, Institute Of Physics Publishing, Bristol
· [국내] 이상훈 (2011) “X-선 회절법을 이용한 Ni_(1-x)Zn_(x)Fe₂O₄ 페라이트계의 결정구조 연구”, 가야대학교 논문집, 19(1), pp.245-253.
· [외국] Braun, A. (2017). X-Ray Studies on Electrochemical Systems : Synchrotron Methods for Energy Materials, De Gruyter, Boston
· [외국] Kaimin, S. (2013). X-ray Diffraction: Structure, Principles, and Applications, Nova Science Publishers, Inc, New York
· [외국] Yuan, L., Li, Z., Sun, J., Zhang, K., Zhou, Y. (2003). Synthesis and characterization of activated MnO2. Materials letters, 57(13), pp. 1945-1948.