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Kafe 바로가기주관연구기관 | 한국화학연구원 Korea Research Institute of Chemical Technology |
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2014-12 |
과제시작연도 | 2014 |
주관부처 | 미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 | TRKO201500012822 |
과제고유번호 | 1711022453 |
사업명 | 한국화학연구원연구운영비지원 |
DB 구축일자 | 2015-07-18 |
키워드 | 리튬이차전지.금속공기전지.리튬고분자전지.전극소재.고분자전해질.Lithium secondary battery.metal-air battery.lithium polymer battery.electrode materials.polymer electrolytes. |
1. 연구목표
2014년도 목표 (총 5년중 3년차)
o 이차전지 소재 개발을 위한 in-situ 특성 평가 기반 구축
o 고용량 금속 공기 이차전지 핵심소재 개발
- 다공성 금속/금속복합계 전극 소재 및 나노구조 전이금속 산화물 촉매의 개발:과전압 (ΔV=V충전-V방전) ≤ 1.0V
- 나노구조 제어에 의한 다공성 탄소계 전극 소재 개발: 용량 > 3,000 mAh/g,과전압 (ΔV=V충전-V방전) ≤ 1.2V
- 금속-
1. 연구목표
2014년도 목표 (총 5년중 3년차)
o 이차전지 소재 개발을 위한 in-situ 특성 평가 기반 구축
o 고용량 금속 공기 이차전지 핵심소재 개발
- 다공성 금속/금속복합계 전극 소재 및 나노구조 전이금속 산화물 촉매의 개발:과전압 (ΔV=V충전-V방전) ≤ 1.0V
- 나노구조 제어에 의한 다공성 탄소계 전극 소재 개발: 용량 > 3,000 mAh/g,과전압 (ΔV=V충전-V방전) ≤ 1.2V
- 금속-공기전지용 고안정성 신규 유기 용매: 3 mS/cm, 4.5 V
o 전고상 리튬 고분자 박막전지 핵심소재 개발
- 박막전지 고분자 전해질 개발 : 0.5 mS/cm, 5V
- 전지 특성 평가: 용량 > 150 μAh/cm2, 수명 > 70% @100회
2. 주요 연구내용
o 이차전지 소재 개발을 위한 in-situ 특성 평가 기반 구축
- In-Situ DEMS, Raman 평가 장비 및 금속-공기 전지특성 평가 장비 구축
o 고용량 금속 공기 이차전지 핵심소재 개발
- 전도성 산화물 기반 비탄소계 공기극 제작 및 촉매 복합화
- 다공성 3원계 전이금속 산화물 촉매 개발
- 나노금속 촉매 개발 및 가역용량과 수명 향상 연구
- 크기가 제어된 나노기공구조 지니는 유연한 종이형태의 그래핀 전극 개발 및 율속, 사이클 특성 향상
- 리튬금속 및 산소환원생성물에 안정하고 전기화학 안정성이 우수하여 에너지효율, 산소효율 및 사이클 안정성이 높은 유기 전해액의 개발
o 전고상 리튬 고분자 박막전지 핵심소재 개발
- 알릴 포스파젠계 고분자 전해질 개발
- 고분자 전해질 기반의 리튬고분자 박막전지 제조 및 특성 평가
3. 주요 연구개발결과 및 성과
o 이차전지 소재 개발 및 특성 평가를 위한 기반 구축
- 금속공기전지의 충방전 산소효율을 정량적으로 실시간 측정하는 in-situ DEMS 시스템을 국내 최초로 구축하여 전극 및 전해액 소재 개발에 활용
- In-situ 계면 특성평가를 위한 in-situ Raman 분석 장비의 구축
- 30채널급 금속-공기 전지 충방전 사이클 특성평가 장비 구축
o 고용량 금속-공기 이차전지 핵심소재 개발
- 알루미늄이 도핑된 산화아연 양극재(AZO)의 합성과 입자형상 제어 및 다공성 나노 구조체 제조 (AZO 양극재와 귀금속 촉매 복합화): 과전압 (ΔV=V충전-V방전) < 0.9 V
- 다공성 Co-Mn-O 스피넬 화합물 합성 및 공기극 촉매 특성 평가: 과전압(ΔV=V충전-V방전) 1.2V
- 비탄소계 금속 나노 foam 구조체 제조 및 특성 평가: 용량>3400 mAh/g,사이클 100회 이상 유지
- 전기화학적으로 다공성 금속 나노구조체를 제조하고 귀금속 나노촉매를 갈바닉 환원법으로 첨가하여 양극재 제조: 충전과전압 0.8 V 낮춤
- 크기가 제어된 나노 기공구조의 유연한 종이형태 그래핀 전극 제조 및 특성평가: 용량 > 12,000 mAh/g
- 전기화학적 질소 도핑 방법에 in-situ 의하여 탄소전극 개질 및 특성평가:충전과전압 0.35 V 낮추는 효과 확인
- Ether, amide, sulfur, phosphate계 등 여러 유기 전해액의 개발 및 전기화학안정성 평가: 이온전도도 >3mS/cm, 전기화학안정성 >4.5V
- 산소효율 90%이상, 에너지 효율 80% 이상, 사이클 수명 40사이클 이상인유기 전해액 개발: 탄소전극으로 산소효율 90% 이상을 나타낸 유기전해액은세계 최초의 결과
- 겔 고분자 전해질의 개발 및 금속공기전지 특성 평가 수행: 산소효율 50%
o 전고상 리튬 고분자 박막전지 핵심소재 개발
- 알릴 포스파젠계 고분자 전해질 합성: 이온전도도 >0.5 mS/cm, 전기화학안정성 > 5V
- 고분자 전해질을 사용한 전고상 리튬 고분자 박막이차전지 제조: 용량 162μAh/cm2, 수명 >93% 이상 @100사이클
o 정량적 성과
- 특허 :13건 (출원 7건, 등록 6건)
- SCI논문: 15건
- 학회발표: 15건
- 기술이전: 2건
4. 활용분야 및 계획
o In-situ 전극 전해질 계면 특성 평가 장비 및 전기화학적 질량 분광기 등을 구축된 장비를 이용한 산학연 공동 연구 추진함.
o 차세대 리튬 이차전지의 양극 소재, 음극 소재 및 전해질은 고용량이면서도 안정성이 향상된 전지의 개발이 가능하여 HEV, 전기자동차, 전력 저장용 전지 시스템 (ESS) 등 대용량 전지의 상용화에 활용함.
o 전고상 고분자 전해질을 채용한 박막 전지 및 플렉시블 전지 개발로 리튬 이차전지의 신규 시장 창출(wearable computer, 플랙서블 디스플레이, 의료용, 화장품용 등)에 활용함
5. 기대효과
o 고안정성 고용량 전극소재 및 전해질 확보로 고출력 및 고용량 차세대 전지 개발 가능
o 차세대 리튬이차전지용 전극소재, 전해질 설계기술, 합성기술 등의 소재 원천기술 확보
o 고용량 이면서도 안정성이 향상된 전지 개발을 위한 차세대 신개념 전지 및 이에 상응하는 소재 개발
o 고용량 고안전성의 신개념 리튬 이차전지의 개발은 온실가스 감축 및 에너지절약의 유력한 대안인 전기 자동차의 상용화 및 보급을 활성화하여 지속 성장의 기반을 구축 할 수 있음.
6. 차년도 연구계획
o 이차전지 소재 개발 및 특성 평가를 위한 기반 구축
- In-Situ 특성 평가 장비 운영 최적화
o 고용량 금속 공기 이차전지 핵심소재 개발
- 다공성 탄소 나노구조체 전극 소재의 성능 향상 연구
· 용량 > 4,000 mAh/g, 과전압 (ΔV=V충전-V방전) ≤ 1.0V
- 금속/금속복합계 기반의 다공성 전극 소재의 성능 제어 연구
· 과전압 (ΔV=V충전-V방전) ≤ 0.8V
- 전극 및 전해액 소재의 금속-공기전지 적용 기술
· 사이클 수명: 70% @ 50회
o 전고상 리튬 고분자 박막전지 핵심소재 개발
- 신규소재 적용 리튬-이온 고분자 전지 적용 기술
- 전고상 고분자 적용 플렉시블 이차 전지 기술
· 전극 박막화 및 플렉시블 기술 개발
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
기대효과(Effect) : | - |
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