초록 ▼

1세부과제 : ESS를 위한 대용량 사이클릭 울트라 커패시터 개발
Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
고출력과 고에너지밀도를 동시에 갖는 대용량 에너지저장장치인 사이클릭 울트라 커패시터의 성능평가 결과 단셀 기준 에너지밀도 20.2 Wh L-1, constant power 모드에서의 충방전 기준 700 W의 출력을 기록하였다. 이를 통해 독립전원으로서의 활용에 대한 여지를 높였으며 전극 유동 시 병목현상 개선과 스택 내부 압력 저하를 통한 효율 향상을 통해 kW급의 스택 시스템 구축이 가능할 전망이다.

1세부과제 : ESS를 위한 대용량 사이클릭 울트라 커패시터 개발
Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
고출력과 고에너지밀도를 동시에 갖는 대용량 에너지저장장치인 사이클릭 울트라 커패시터의 성능평가 결과 단셀 기준 에너지밀도 20.2 Wh L-1, constant power 모드에서의 충방전 기준 700 W의 출력을 기록하였다. 이를 통해 독립전원으로서의 활용에 대한 여지를 높였으며 전극 유동 시 병목현상 개선과 스택 내부 압력 저하를 통한 효율 향상을 통해 kW급의 스택 시스템 구축이 가능할 전망이다.

2세부과제 : 비탄소계 전극 및 전해질 안정화제 기반의 리튬-공기 전지 수명 향상 기술
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
ㅇ 최근 주요 국가들은 온실가스 배출 감축을 목표로 관련 규제 강화 및 경제성장 목표 달성을 위해 에너지･기후변화 대응 분야의 신성장동력 창출에 주력. 특히 지구온난화 및 석유 자원대체를 위한 신재생에너지 활용은 전력저장 기술과 자동차 산업에 있어 패러다임의 전환을 요구

ㅇ 에너지저장 시스템(ESS)의 경우 경제성 확보, 전기자동차의 경우 500 km 이상의 일충전주행거리가 가능하여야 하나, 에너지저장기술의 유력 solution인 리튬이온전지의 경우 경제성 및 성능(에너지밀도) 한계를 보유하고 있어 경제성 및 요구 성능 확보가 가능한 혁신형 에너지 저장 기술 개발이 필수적

ㅇ 2009년 IBM 연구소는 “Battery 500” 프로젝트를 통하여 일충전 주행 거리 500 mile 이상이 가능한“리튬-공기 전지”기술을 선보였으며, 이 후 전세계적으로 다양한 연구기관에서 혁신형 이차전지인 리튬-공기 전지 기술 개발에 착수함

ㅇ 다양한 기술 개발 노력에 의해 리튬-공기 전지의 기술적 문제점 (낮은 충방전 효율, 높은 분극 저항,낮은 충방전 수명 등)들이 상당 부분 개선되었으나, 탄소계 기반 소재의 공기극 사용으로 인한 부산물 생성 문제, 고상의 반응 생성물 및 부산물로 인해 고상 촉매의 활용성 저하 (재분해 어려움) 및 고상 생성물 잔류 문제, 리튬 음극의 낮은 효율 등은 여전히 리튬-공기 전지의 가역성을 저해하여,실제적인 기술 개발의 어려움으로 남아 있음

ㅇ 본 과제에서 개발하고자하는 기술은 기존 보고된 리튬-공기 전지 대비 전지 가역성(충방전 효율, 분극 저항 감소, 충방전 수명 개선)이 향상된 리튬-공기 전지 요소 기술 및 셀 기술 개발을 목표로 함
1) 탄소계 공기극 담체 적용으로 인한 유기계 전해액 분해, 카보네이트 부산물 생성, 담체부식 문제를 억제하기 위한 가역성이 개선된 비탄소계 공기극 기술 적용
2) 고상의 촉매 적용시 반응 면적 저하로 고상의 반응 생성물 분해가 어려운 문제를 해결하기 위해 유기계 전해질내 용해되어 고상 반응물과 균일한 접촉이 가능하여 고상 생성물 분해를 촉진시키는 redox mediator 촉매 적용 및 이를 통한 충방전 효율/분극 저항 개선
3) 리튬-공기 전지의 반응 생성물인 고상의 Li₂O₂의 경우, 생성 및 분해시 유기계 전해질 분해 반응을 촉진하고, 이로 인해 충전시 높은 과전압을 유발하는 문제를 해결하기 위해 전해질 첨가제 및 redox mediator 등을 첨가하여 고상의 Li₂O₂ 생성 대신 가역성이 높은 LiOH 생성/분해를 유발시켜 전지 가역성 향상을 촉진
4) 리튬 음극의 충방전시 수지상 형성 및 안정성을 향상시키고자, 전해질 첨가제를 통한 안정화된 SEI 층을 형성시켜, 음극의 충방전 수명 및 고전류밀도하에서의 음극 가역성 향상을 유도

Abstract ▼

1. Development of CyclicUltraCapacitor for ESS Application
Ⅳ. Result and Recommendations
Results of performance evaluation imply that energy density (single cell) of 20.2 Wh L-1 and power of 700 W (constant power mode). It suggests potential to applicate as self-supporting power supply. Also k

1. Development of CyclicUltraCapacitor for ESS Application
Ⅳ. Result and Recommendations
Results of performance evaluation imply that energy density (single cell) of 20.2 Wh L-1 and power of 700 W (constant power mode). It suggests potential to applicate as self-supporting power supply. Also kW stack system could constructed via complement of bottleneck and pressure decrease within stack inside.

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 3목차 ... 5I ESS를 위한 대용량 사이클릭 울트라 커패시터 개발 ... 7 요 약 문 ... 9 SUMMARY ... 10 CONTENTS ... 11 목차 ... 12 그림목차 ... 13 제 1 장 서 론 ... 17 제 2 장 본 론 ... 23 제 3 장 결 론 ... 66II 비탄소계 전극 및 전해질 안정화제 기반의 리튬-공기 전지 수명 향상 기술 ... 69 목차 ... 71 Ⅰ. 일반현황 ... 73 Ⅱ. 과제의 목표 및 내용 ... 74 Ⅲ. 추진 전략 ... 76 Ⅳ. 추진 실적 ... 79 Ⅴ. 향후 계획 ... 92끝페이지 ... 93