이산화티타늄 높은 화학적 안정성, 무독성, 그리고 우수한 광전 성능을 특징으로 하며, 특히 루틸형 이산화티타늄은 높은 표면 활성을 가지고 있어 배터리 소재 개질에 매우 적합합니다. 폴리에틸렌 글리콜과 마찬가지로, 이산화티타늄의 도입은 리튬 철 인산철 자체의 부족한 에너지 밀도와 속도 특성을 보완하기 위한 것입니다.

리튬 철 인산염에 이산화 티타늄을 첨가하는 세 가지 주요 방법은 다음과 같습니다.
1. 도핑 변형. 나노 크기의 이산화티타늄 입자를 리튬 철 인산염 격자에 도입함으로써 이종 구조를 형성하여 재료의 전도도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 실험 결과, 1%의 이산화티타늄을 도핑하면 리튬 철 인산염의 전자 전도도가 두 자릿수(zero) 증가하고 속도 성능이 15%에서 30% 향상되는 것으로 나타났습니다.

2. 표면 코팅. 이산화티타늄은 리튬철인산철 입자 표면에 보호막을 형성하여 입자와 전해질의 직접적인 접촉을 줄여 철 침출 및 SEI 피막의 과도한 성장과 같은 부반응을 억제하는 동시에 전극의 보수력을 높이고 저습 환경에서의 배터리 성능을 향상시킵니다.

3. 광촉매 합성. 자외선 하에서 이산화티타늄은 전자-정공 쌍을 생성하여 전구체의 산화환원 반응을 촉진하고, 수열 합성 시간을 단축하며, 생성물의 순도를 향상시킵니다. 한 연구에서는 수열 반응 시간을 12시간에서 8시간으로 단축하는 데 성공했습니다.

기계적 관점에서 볼 때, 이산화티타늄을 도입하면 리튬 철 인산의 밴드 구조를 조절하고, 밴드 갭을 좁히고, 가시광선에 대한 응답을 향상시킬 수 있습니다. 이종 접합 인터페이스는 전자 전달을 가속화할 수 있습니다.

또한, 이산화티타늄의 견고한 구조는 충전 및 방전 과정 동안 부피 변화를 완화하여 사이클 수명을 개선할 수 있습니다. 예를 들어, 용량 유지율은 2000 사이클 후에도 여전히 90%를 초과할 수 있습니다.
실제 산업화에서는 이산화티타늄과 폴리에틸렌 글리콜이 시너지 효과를 발휘하는 경우가 많습니다. 예를 들어, 이 두 가지가 함께 "탄소 이산화티타늄" 이중 코팅 구조를 형성하여 전도성을 향상시킬 뿐만 아니라 계면 안정성도 향상시켜 인산철리튬의 첫 번째 방전 비용량을 165mAh/g로 높이고 1,000회 사이클 후 용량 감소율을 5% 미만으로 낮춥니다.

그러나 현재 나노 이산화티타늄의 가격은 상대적으로 높고, 분산 균일성 또한 기술적 난제로 남아 있어 초음파 및 볼 밀링과 같은 공정을 통한 추가적인 최적화가 필요합니다. 앞으로 머신 러닝을 통한 공정 변수 최적화, 이산화티타늄의 저비용 합성법 개발, 그리고 폴리에틸렌글리콜 이산화티타늄 그래핀의 3원 복합 시스템 구축이 중요한 연구 방향이 될 것입니다. 또한, 이산화티타늄을 포함하는 폐리튬철인산전지의 효율적인 재활용 기술 개발도 필요합니다.

요약하자면, 이산화티타늄은 도핑, 코팅, 광촉매 등 다양한 방법을 통해 리튬 철 인산화물 물질의 전기화학적 성능과 안정성을 크게 향상시켜 전력 배터리와 에너지 저장 시스템의 추가 개발을 위한 견고한 기반을 제공합니다.

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