초록
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1. 제목
초고용량 리튬/고분자/유황 전지기술
2. 동향조사의 목적 및 필요성
정보, 통신기기들이 소형화, 휴대품화 함으로서, 많은 휴대용 전자, 정보통신제품들이 출현했으며, 향후 미래시장을 석권할 것으로 예상된다. 휴대정보통신기기는 경량화 및 장시간 사용가능성 등이 매우 중요한 기술이다. 이동정보통
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사용자 암호 : www.kosen21.org
1. 제목
초고용량 리튬/고분자/유황 전지기술
2. 동향조사의 목적 및 필요성
정보, 통신기기들이 소형화, 휴대품화 함으로서, 많은 휴대용 전자, 정보통신제품들이 출현했으며, 향후 미래시장을 석권할 것으로 예상된다. 휴대정보통신기기는 경량화 및 장시간 사용가능성 등이 매우 중요한 기술이다. 이동정보통신기기의 중량 및 사용시간을 좌우하는 핵심부품은 이차전지이다. 특히 휴대 정보통신 단말기의 전체 중량에 기여하는 전지의 기여도는 40 - 60%에 달할 정도로 매우 크다. 또한 전기자동차에서도 주 전원 혹은 하이브리드시스템의 보조전원으로 이차전지가 활용될 예정이다. 따라서 이들 기기의 전력원인 고성능 이차전지의 개발이 절실한 실정이다. 현재 사용되고 있는 이차전지로는 니켈-카드늄전지, 니켈-수소전지, 리튬이온전지, 리튬폴리머전지 등이 있다. 특히 리튬전지는 기존의 전지시스템 중에서 가장 가볍다는 장점으로 인하여, 매년 판매량이 급증하고 있다. 세계시장을 석권하고 있는 일본의 경우, 시장규모가 1천6백억엔 이었으며, 생산량은 1억5천만개 정도이었다. 1999년에 LG화학에서 리튬이온전지를 월 100만개정도 양산을 시작하였으며, 삼성전관 등에서도 월 200만셀 정도를 생산하고 있다. 현재 생산중인 리튬전지는 일본에서 개발된 탄소/리튬산화물로 이루어진 시스템이며, 일본에서는 이분야에 매우 많은 연구개발이 이루어져 있으므로, 일본보다 더욱 좋은 전지를 개발하는 것은 매우 어려운 실정이다. 따라서, 기존의 전지시스템보다 더욱 에너지밀도의 전지를 발하기 위한 노력이 경주되어야 하며, 이 같은 시도는 국내의 전지산업의 미래를 좌우하는 중요한 인자라고 생각된다.
금명간, 리튬/유황전지 시스템이 양산화가 가능할 것으로 추정되며, 특히 양산중인 기존의 전지시스템을 크게 변화시킬 수 있을 것으로 예상된다. 만약 이 전지가 양산화에 성공한다면, 이를 성공하는 전지업체는 시장에서 매우 큰 경쟁력을 가지고 시장을 장악할 수 있을 것으로 예상된다. 국내의 삼성SDI에서는 작년(2000년)에 Polyplus사와 유황전지의 특허사용에 관한 양해각서를 교환하였다. 최근 Polyplus사에서는 미국의 1차전지회사인 Everleady등과 공동으로 상업화를 추진중이다. 또한, 현재 세계시장을 석권하고 있는 일본에서는 선두기업인 마스시다에서 유기황전극에 대하여 수년 전부터 자체적으로 연구하였으며, 일부 연구는 동경농공대학의 Oyama교수팀과 공동 수행하였다. 유기황전극은 미국의 아리조나에 있는 벤처기업인 Moltech에서도 연구중이며, 최근에는 활성황을 이용한 연구개발도 활발히 진행중이다. 또한, Polyplus사의 창업모태였던, 미국의 Lawrence Berkeley National Laboratory에서도 리튬/유황전지의 연구를 수행하고 있으며 현재 이 곳에서 1편의 논문이 발표되었다. 그러나, 리튬/유황전지기술이 개발된 것이 5년 이내이며, 현재는 성능개선 및 양산화를 위한 준비단계이므로, 외부로 발표되는 자료는 특허 외에는 거의 없으나, 이미 핵심기술을 가진 Polyplus사와 양산기술을 가진 국내의 기업 및 미국, 일본의 기업에서 양산을 준비하려고 하고 있으나, 매우 적은 정보만이 발표되고 있으며, 정리된 자료를 구할 수가 없다. 또한 알덱스, 이스퀘어텍 등 국내의 벤처기업 등에서도 리튬/유황전지의 상업화를 위한 연구를 행중이다.
본 조 목적은 리튬/유황전지에 대한 연구개발에 대한 현황 및 연구개발방향을 해외에 있는 연구기관, 기업체의 방문을 통하여 조사함으로서, 향후 리튬/유황전지의 연구개발, 생산 등에 활용하고자 한다. 이를 위하여 일본의 마스시다전지, 미국의 Lawrence Berkeley National Laboratory 및 관련 연구자를 방문하여 자료를 수집하고, 특허, 학회발표, Web등에 발표된 자료를 수집하여 정리하고자 한다.
3. 동향조사의 내용 및 범위
(1) 방문조사 (일본, 미국 등)
(2) 특허조사 (Polyplus Company, Moltech Company)
(3) 자료조사 (국내외 학회발표, Web, 국내외 보고서,...)
4. 동향조사 결과
리튬/고분자/유황전지에 대한 연구 중, 유황전극에 대한 연구는 크게 나누어 두 방향으로 진행되었다. 원소유황(elemental sulfur, or active sulfur)을 이용하는 경우와 유기황(organosulfur)을 사용하여 전극을 제조하는 연구이다. 원소상태의 유황을 활물질로 하는 연구는 국외로는 Polyplus, Lawrence Berkeley Lab., 국내에서는 경상대 등에서 진행되어 왔으며, 유기황을 이용한 연구는 일본의 마스시다와 미국의 Moltech에서 활발히 수행되었다. 그런데 최근에는 마스시다에서는 유황전지에 대한 조사만을 하는 것처럼 보이며, 발표되는 자료는 없다. 또한 Moltech에서도 원소유황을 이용한 연구가 활발히 진행중이다. 이는 원소유황을 이용한 전극의 이론방전용량이 훨씬 크며, 최근에 이론방전용량에 가까운 이용률을 얻은 결과들이 발표됨으로서, 이 분야에 대한 연구, 개발이 더욱 활발해지고 있다. 최근에는 리튬/고분자/유황전지 중에서 원소유황전극에 대한 연구가 주를 이루고 있으며, 이에 대한 특허가 많이 출원되고 있다. 또한 싸이클 수명의 개선에 대한 방법이 많이 보고되어 있으며, 조만간 클 수명을 개선한 리튬/고분자/유황 이차전지가 상업화될 것으로 예상된다. 리튬/고분자/유황전지는 질량밀도는 매우 높으나, 부피밀도가 낮다는 것이다. 이를 개선하기 위한 연구가 필요할 것으로 예상된다.
5. 동향조사의 활용계획
본 동향조사결과는 국내의 리튬/고분자/유황전지 연구개발자와 리튬전지의 연구자들에게 배포되어 연구개발계획수립, 연구방향설정, 연구원간의 교류에 폭넓게 활용될 것으로 예상됩니다.
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