고성능 리튬 이차 전지를 위한 황화 주석저마늄 (SnxGe1-xS) 나노입자 연구
Tin Germanium Sulfide Nanoparticles for Enhanced Performance Lithium Secondary Batteries
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삼성분 칼코게나이드 화합물인 황화 주석 저마늄 (SnxGe1-xS) 합금 나노입자를 메틸 주석(Sn(CH3)4, tetramethyl tin, TMT) 메틸 저마늄 (Ge(CH3)4, tetramethyl germanium, TMG),황화수소 (H2S, hydrogen sulfide) 혼합 가스의 레이저 광분해 반응법으로 합성할 수 있으며,이때 반응기 안의 가스 혼합비율에 따라 나노입자의 주석과 저마늄의 조성비를 조절할 수 있었다. 조성비를 가변시킨 나노입자는 모두 결정성을 갖게 만들 수 있었으며, 리튬 이온 전지의 음극소재로서 우수한 특성을 보여주었다. 조성비에 따라 특성을 조사결과, 황화저마늄은 70 사이클후 최대 1200 mAh/g의 가장 높은 방전용량을 갖는 것과, 주석 성분 함량이 클수록 높은 충방전률에서 용량 유지가 더 잘 됨을 확인하였다. 이와 같은 우수한 효율의 황화물 합금 나노입자의 새로운 대량 합성법은 고성능 에너지 변환 소재 실용화에 기여할 것으로 예상된다.
Abstract
Composition-controlled ternary components chalcogenides germanium tin sulfide(SnxGe1-xS) nanoparticles were synthesized by a novel gas-phase laser photolysis reaction oftetramethyl germanium, tetramethyl tin, and hydrogen sulfide mixture. Subsequent thermalannealing of as-grown amorphous nanoparticles produced the crystalline orthorhombic phasenanoparticles. All these composition-tuned nanoparticles showed excellent cycling performanceof the lithium ion battery. The germanium sulfide nanoparticles exhibit a maximumcapacity of 1200 mAh/g after 70 cycles. As the tin composition (x) increases, the capacitymaintains better at the higher discharge/charge rate. This novel synthesis method of tin germaniumsulfide nanoparticles is expected to contribute to expand their applications in highperformanceenergy conversion systems.
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