화공신소재기초실험, 화학공학실험1 - 전극 캐스팅, 전지 조립 실험 결과 보고서

소개

"화공신소재기초실험, 화학공학실험1 - 전극 캐스팅, 전지 조립 실험 결과 보고서"에 대한 내용입니다.
2024 2학기 수강하였으며, 높은 점수로 A+ 받았습니다!

목차

I. 10주차 : 전극 캐스팅
1. 실험 결과
2. 실험 결과 해석 및 논의

II. 11주차: 전지 조립
1. 실험 결과
2. 실험 결과 해석 및 논의
3. 질문에 대한 답변

본문내용

● 활물질 α-MnO2, 도전재 Super P, 바인더 PVDF를 7:2:1의 비율로 넣어 주었으며 실제 넣어 준 물질 별 질량은 활물질 29.7mg, 도전재 8.5g, 바인더 4mg이다. 활물질, 도전재, 바인더에 NMP 용매를 추가하여 잘 섞어 주는 믹싱 공정을 거친 결과, 광택이 도는 검은색의 슬러리가 제조되었다. 만든 슬러리를 OHP 필름을 이용해서 SUS에 얇고 고르게 발라 주는 코팅 공정을 진행했다. 기판은 각각의 무게 차이가 있을 수 있기에 코팅 전의 각각의 기판의 무게 측정을 시행하였다. 총 15개의 SUS 기판에 코팅을 진행하였고, 코팅한 부분에 흠집이 나지 않도록 주의하여 건조 과정으로 넘어갔다.
● 코팅을 진행한 15개의 기판 중 건조 후에 흠집이 별로 없고 고르게 슬러리 코팅이 잘 된 4개를 골라 질량 측정을 진행하였다. 여기서, 건조 전 기판의 질량과 건조 후 기판 질량의 차는 코팅된 슬러리의 무게와 같다. 믹싱 공정 시 활물질 : 도전재 : 바인더 = 7:2:1로 넣어 줬으므로, 각 기판에서의 질량 차 x 0.7 을 하면 활물질의 양을 계산할 수 있다.

2. 실험 결과 해석 및 논의
● 해당 실험을 통해 전극 제조 과정의 믹싱 공정, 코팅 공정을 직접 진행하고, 건조 이후의 기판 질량을 재 코팅된 슬러리의 질량을 알아내 활물질의 양을 계산할 수 있었다.
● 믹싱 공정에서는 활물질(α-MnO2), 도전재(Super P), 바인더(PVDF-HFP)를 질량비에 맞게 준비하여 몰타에 바인더, 도전재, 활물질 순으로 넣고 중간중간 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone)를 소량씩 첨가해 주며 시간을 들여 저어 주었다. 이는 세 물질을 고르게 섞는 과정으로, NMP를 용매로 사용하는 이유는 바인더인 PVDF와 같이 사용했을 때 슬러리 분산을 용이하게 하고 접착력도 우수하기 때문이다.
● 집전체 위에 믹싱한 슬러리를 얇고 균일하게 발라 주는 코팅 공정을 진행했다.

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] 이민규 외 7인 (2021) “차세대 리튬 금속 전지 연구 및 개발을 위한 코인형 전지의 효율적 설계”, 한국전기화학회지, 24(3), pp. 65-75.
· [외국] Morneau, C. (2020). Lithium-Ion Batteries: Properties, Advantages and Limitations, Nova, New York
· [국내] 김성린 외 5인 (2024) “계면 및 표면 개질을 통한 아연 음극 기반 수계 이차전지의 성능 향상”, 한국공업화학회, 27(3), pp. 35-49.
· [국내] 윤별희 외 5인 (2018) “액체전해액의 함량에 따른 리튬이온전지 코인셀의 전기화학적 특성 연구”, 전기화학회지, 21(2), pp.39-46.
· [국내] 이정은 외 3인 (2022) “장수명 수계아연이차전지를 위한 아연 금속 음극의 안정화 기술”, NICE (News & Information for Chemical Engineers), 40(4), pp. 412-417
· [외국] Fan, H. (2024). Aqueous Zinc Batteries, World Scientific, Singapore