Characteristics of electrodes using V-Ti based hydrogen storage alloys

V-Ti계 수소저장합금의 전극특성

The electrode characteristics of two kinds of metal hydride electrodes using V-Ti (V-rich) based alloy were studied, in which one electrode was prepared by sintering the mixture of V-Ti alloy and Ni powders by a rapid thermal annealing technique and the other one was prepared using V-Ti-Ni ternary alloy, The discharge capacities of all electrodes during the charge-discharge cycling were completely deteriorated within 10 cycles. It appeared that the deterioration of the electrodes was caused by the dissolution of V in the near-surface region into the electrolyte and the formation of $TiO_2$ layer on the alloy particle surface. This degradation mechanism was supported by the facts that V is main hydride forming element and $TiO_2$ has very low electrical conductivity and hydrogen diffusivity.

V-Ti(V-rich) 수소저장합금을 기초(base)로 하여 2가지 타입(type)의 전극을 제조하였다. 첫째로 V-Ti 합금에 Ni 분말을 혼합하여 성형한 후 급속가열방법으로 소결하여 전극을 제조하였다. 둘째로 Ni을 V-Ti 합금과 합금화한 V-Ti-Ni 3원계 수소저장합금에 Ni, PTFE 분말을 혼합하여 냉간압축으로 성형하여 전극을 제조하였다. 이와같이 제조된 전극으로 싸이클에따른 충/방전 실험을 한 결과, 모든 전극에 있어 10싸이클 이내에 퇴화(degradation)가 일어났다. 충방전 실험후 전해질내의 조성분석결과 Ti에 비해 V이 많이 전해질 내에 용해되었으며 합금원소의 용해에 의한 표면 형상의 변화가 관찰되었고, 전극표면에 매우 passive 한 Ti-oxide($TiO_2$)가 형성되었다. Ti-oxide($TiO_2$)는 전기전도도가 매우 낮고, 수소에대한 확산계수(diffusivity)도 낮기때문에 전극표면에 형성된 $TiO_2$층은 충/방전 싸이클동안 방전용량을 크게 감소시키는 것으로 나타났다.