음극 재료로서의 실리콘(Si)에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?

정답: B. 이론 용량은 흑연의 약 10배이지만, 리튬을 흡장하면 부피가 3배 이상으로 팽창하여 열화되기 쉽다

Si는 리튬과 합금을 만들며, 상온에서 Li₁₅Si₄까지 반응하면 Si의 질량당 약 3600 mAh/g으로 흑연(372 mAh/g)의 약 10배인 이론 용량을 가집니다. 그러나 리튬을 흡장하면 부피가 약 3~4배로 팽창하므로, 충방전을 반복하면 입자가 갈라져 전기적으로 고립되고, 새로 드러난 표면에서 전해액이 분해되어 SEI(고체 전해질 계면 피막)가 다시 생기면서 리튬이 소실되어 갑니다. 그래서 실용에서는 흑연에 Si나 SiO를 소량 섞거나 나노입자화하여 팽창의 영향을 억제합니다. 부피 변화가 거의 없는 것은 리튬 티타네이트(Li₄Ti₅O₁₂)의 특징이며, 흑연도 약 10%에 그칩니다. Si의 전자 전도성은 낮으며, 급속 충전에 적합하다는 설명도 틀렸습니다.