열전지용 황철석(FeS2) 입자크기 변화에 따른 전기화학반응 메커니즘 (Electrochemical Reaction Mechanism with Variation of Pyrite (FeS2) Particle Size for Thermal Battery)

서지정보

· 발행기관 : 한국전기전자재료학회
· 수록지 정보 : 전기전자재료학회논문지 / 30권 / 4호 / 246 ~ 252페이지
· 저자명 : 박병준

초록

열전지용 양극활물질로 사용되는 FeS2 (Pyrite)분말을 볼밀링법으로 170시간 분쇄한 뒤 단위전지를 제작하여 방전시험을 실시한 결과, 분쇄 전과의 전압특성 차이가 발생하였다. 기존 FeS2의 경우 3개의 전압평탄구간이 나타났으나, 분쇄된 FeS2 분말의 경우 2개의 전압평탄 구간이 나타났다. 이러한 FeS2 사이즈 변화에 따른 전기화학적 반응을 XRD, SEM을 이용하여 조사하였다. 분석 결과, 기존 FeS2 분말은 Li3Fe2S4에서 LiFe2S4로 반응하는 중간 전이단계 반응 (Li3Fe2S4 → Li2+xFe1+xS2 → LiFe2S4)이 진행되면서 3개의 전압평탄 구간이 나타났지만, 분쇄된 분말을 사용한 경우, 중간 전이단계 반응이 나타나지 않아서 2개의 전압평탄구간이 나타났다. 이와 같은 결과에 대해서 본 논문은 미반응 중심핵 모델에 따른 반응메커니즘 차이에 의한것으로 분석하였다. 볼밀링 되지 않은 기존 FeS2입자는 상대적으로 직경이 크고 리튬이온의 확산거리가 길어 리튬이온이 FeS2 표면에서 중심핵 내부로 확산되면서 반응이 진행되기 때문에 이 과정에서 중간 전이단계 반응이 나타나므로 총 3개의 전압평탄 구간을 가지게 되었다. 하지만, 분쇄된 FeS2의 경우 상대적으로 작은 직경 및 짧은 리튬이온의 확산거리에 의해 중간 전이단계 반응이 없게되어 2개의 전압평탄구간을 나타낸 것으로 분석하였다.

영어초록

Pulverized FeS2 (pyrite) gives different discharge test results with as-received FeS2 electrodes. Theas-received FeS2 electrode shows three voltage plateaus during the discharge test. However, the ball-milled FeS2electrode shows two voltage plateaus. To interpret this result, the effect of FeS2 particle size on electrochemicalreactions is investigated by unit cell discharge tests, SEM and XRD. As a result, it is found that the transitionreaction product (Li2 + xFe + xS2) of FeS2 explains the difference. The as-received FeS2 reacts according to threereaction steps (FeS2 → Li3Fe2S4 → Li2 + xFe1 + xS2 → LiFe2S4). However, ball-milled FeS2 reacts without the Li2+ xFe1 + xS2 stage. In this study, this result is explained by the difference in electrochemical reaction mechanism.
The as-received FeS2 has a larger radius than the ball-milled FeS2. Therefore, the lithium ion has to diffuse into theFeS2 unreacted core, and Li2 + xFe1 + xS2, the transition reaction product of as-received FeS2, is formed during thisstage.

참고자료

· 없음