초록 ▼

○ 수용성 전해질 내에서 전극 및 고체 산화물의 안정성 조사
- 수용성 전해질 내에서 반응에 따른 전극의 표면을 조사함.
- 산소 환원 반응에 대한 고체 산화물의 반응성을 분석함.
- 전해질 종류, pH, 농도에 따른 전극 및 고체 산화물의 반응성 및 안정성 조사함.
○ Li2O2, Li2O 생성 및 분해 반응의 전기화학적 해석
- EQCM을 이용하여 반응 생성물의 성성 및 분해의 정량적인 확인.
- GC/MS 분석을 통해 충전 시 발생 가스를 분석함으로써 반응 생성물을 예측하고 그를 바탕으로 충방전

○ 수용성 전해질 내에서 전극 및 고체 산화물의 안정성 조사
- 수용성 전해질 내에서 반응에 따른 전극의 표면을 조사함.
- 산소 환원 반응에 대한 고체 산화물의 반응성을 분석함.
- 전해질 종류, pH, 농도에 따른 전극 및 고체 산화물의 반응성 및 안정성 조사함.
○ Li2O2, Li2O 생성 및 분해 반응의 전기화학적 해석
- EQCM을 이용하여 반응 생성물의 성성 및 분해의 정량적인 확인.
- GC/MS 분석을 통해 충전 시 발생 가스를 분석함으로써 반응 생성물을 예측하고 그를 바탕으로 충방전 메카니즘을 해석함.
○ 공기전극의 가역성 향상을 위한 Non-carbonate 타입의 전해질 도입 및 평가
- 전해질 종류에 따른 전극 / 전해질 계면 반응 특성 분석 및 제어.
- Non-carbonate 전해질 도입에 따른 공기극과의 반응성 및 특성 평가
- 기능성 첨가제 도입 시 공기극과의 반응성 분석
○ 유계·수계 전해질 에서의 전해질 / 공기전극 계면 반응 특성 및 최적화
- 전해질 농도, 온도 및 pH 조건에 따른 공기 전극의 표면 변화를 분석하고 특성에 미치는 영향을 조사
- 조건에 따른 Impedance 변화 측정 및 해석을 통해 전극/전해질 계면 반응 특성 분석 및 제어
- 기능성 첨가제의 종류와 사용량에 따른 조건 최적화로 80cycle 달성
○ Type 2 셀의 공기전극 물질 선택 및 수계 전해질 조성의 최적화
- 공기전극 물질 변화에 따른 전기화학적 (산소환원/발생) 반응 특성 조사
- 전극/알칼리 전해질 계면에서의 산소환원 반응 특성 조사
○ 수계 전해질 내에서 전극/전해질 계면 특성 분석 및 성능 향상을 위한 새로운 첨가제 개발
- 수계 전해질 조성 변화에 따른 공기 전극의 표면변화 분석 및 전지 특성에 미치는 영향 조사
- 계면 특성을 고려한 수계전해질용 첨가제 개발 및 전기화학적 특성 분석
(출처: 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

Ⅱ. The Purpose and Necessity
In an effort to overcome energy depletion problems, there have been many ongoing researches over the past few decades for advanced lithium battery technologies. However, current commercialized electrode materials such as lithium cobalt oxides and lithium phosphate oxi

Ⅱ. The Purpose and Necessity
In an effort to overcome energy depletion problems, there have been many ongoing researches over the past few decades for advanced lithium battery technologies. However, current commercialized electrode materials such as lithium cobalt oxides and lithium phosphate oxides have a limit of specific capacity because they are only operated by redox-potential differences of transition metals. In addition, they also suffer from their high toxicity. Therefore, there are limitations to step up to the next generation of lithium battery using the present systems. Development of new kinds of battery which have high energy density and environmentally friendly will effect great impact on technological and economical parts.

To overcome the limitations of present electrode materials, lithium metal or lithium-alloying materials are considered an anode part and air electrode which uses oxygen in atmosphere is considered as a new cathode part. Both electrodes have new mechanisms for lithium storage which is completely different from previous lithium intercalation mechanism. Currently, fundamental research has been reported for this new type of battery system (Lithium/air system) based on the new lithium storage chemistry. Previously, metal/air 'primary' batteries have been partially commercialized but lithium/air 'secondary' battery systems are not still optimized due to severe technical bottlenecks to solve. For the successful commercialization, well-balanced developments of elementary technologies for lithium/air systems including 1) lithium metal anode, 2) solid electrolytes, 3) electrochemical stability of electrode/electrolyte interface, 4) oxide-based catalysts, and 5) air cathode is strongly needed.

In this project, Part 3 group progress the technologies to stabilize air electrode/electrolyte interface of lithium/air batteries. Analysis of air electrode/electrolyte interface is essential part for developing batteries. Especially reaction products on the interface are key part of battery regression. Then it is necessary that regulate generation/removal of reaction products and investigate mechanism of it. So, it is important to retain cyclability of lithium/air batteries by analysis of air electrode/electrolyte interface.

Ⅲ. Contents and Scope of Current R&D Project
Optimization of Air electrode/electrolyte interface by the development of electrochemical analysis method.
1. 1st step
◦ Investigate O2 evolution and reduction reaction speed for changing of air electrode materials in aqueous electrolyte.
◦ Interpretation of reaction mechanism by using impedance analysis.
◦ Investigate mechanism about stability of air electrode and charging and discharging to improve reaction speed.
2. 2nd step
◦ Investigate mechanism about stability of air electrode and charging and discharging to improve reaction speed.
◦ Investigate O2 reduction reaction ability in organic electrolyte by using half cell test.
◦ Interpretation of reaction mechanism by using impedance analysis.
◦ Investigate O2 evolution and reduction reaction in aqueous electrolyte added type of electrolyte additives.
3. 3rd step
◦ Investigate charging and discharging ability changing of air electrode materials.
◦ Investigate O2 evolution and reduction reaction on air electrode/electrolyte interface.
◦ Electrochemical interpretation and development of aqueous electrolyte additives to improve performance of electrolyte.
◦ Development of air electrode can be used in both O2 evolution and reduction reaction.

Ⅳ. Key Achievements
1. Suggestion of quantitative interpretation about degradation of charge/discharge performance arising of reaction products. Optimization of interface structure between electrolyte and electrode for the performance improvement.
◦ Setting of EQCM, SEM, TEM, GC/MS, FT-IR techniques for the investigations of charge/discharge mechanism in air electrode.
◦ Identify mixed electrolyte and electrolyte additives which show good performance in O2 reduction reaction and investigate Type 2 cell by changing composition of aqueous solution.
◦ Investigate O2 evolution and reduction reaction by changing air electrode and composition of aqueous electrolyte.
- Noble metal base : IrO2/MnO2-KB, Pt/C, Pt/MnO2-KB, IrO2/C, Pt/MnO2, IrO2/MnO2
- Perovskite base : LaCoO3, LaMnO3, La1-κSrκCoO3-δ
2. Outcomes (Publications, Patents, Conference Presentations)
◦ 3 Publiccations (SCI papers)
◦ 4 patents (Korean registrations : 2, abroad registrations : 2 (U.S.A)
◦ 16 presentations (International conferences : 9, Domestic conferences : 7)

Ⅴ. Application Plan Through Utilization of R&D Project
◦ Purpose of research is the development of key elementary technologies for the demonstration of highly stable lithium/air battery.
◦ Key elementary technologies which are developed in current step will be verified its reproductibility and possibility for large scalable batteries
◦ In the third step, the combination of each part which is developed in the second step will be realized
◦ Lithium/air batteries are expected to lead next generation of secondary battery markets and it is receiving wide attention as an energy sources for military machines, electric vehicles, robots or submarines.
◦ It is expected that not only preoccupacy of the original technologies for lithium/air secondary batteries but also enhancement of competitiveness for next generation of energy storage industry is possible based on success of this research.
(출처: Summary 7p)

목차 Contents

• 표지 ... 1제출문 ... 2보고서 요약서 ... 3요약문 ... 4SUMMARY ... 7CONTENTS ... 10목차 ... 11제 1 장 연구 배경 및 목표 ... 12 제 1절. 연구개발대상 기술의 경제적․산업적 중요성 및 연구개발의 필요성 ... 12 제 2절. 리튬/공기 이차전지의 전극/전해질 계면 연구 방향 ... 18 1. 전극/전해질 계면의 전기화학 안정성 ... 18 2. 리튬/공기전지에서의 공기전극 ... 20 제 3절. 연구 개발 목표 ... 22 1. 연구 개발의 목표 및 내용 ... 22 2. 연구 개발의 최종목표 ... 23제 2 장 국내외 관련 동향 ... 24 제 1 절 국내 수준 ... 24 제 2 절 해외 연구 동향 ... 25 1. 주요 연구기관별 리튬/공기전지 관련 연구 현황 ... 25 2. 리튬/공기전지 전해질 및 공기전극 관련 연구 동향 ... 25제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 27 제 1 절 연구개발수행 개요 ... 27 1. 연구 개발의 성격 (기술 준비도, Technology Readiness level (TRL)) ... 27 2. 최종 목표 ... 28 3. 연구범위 및 연구수행 방법 ... 29 제 2 절 연구개발수행 내용 ... 30 1. 제 3세부과제: 공기전극/전해질 계면에서의 산소환원 및 발생 반응의 전기화학적 분석 ... 30 2. 제 3세부과제: Non-Carbonate 타입의 전해질과 기능성 첨가제 도입에 따른 공기극과의 전기화학적 분석 ... 46 3. 제 3세부과제: 수계 전해질 하에서 공기전극/전해질 계면의 전기화학적 분석 ... 58 5. 결론 및 제언 ... 68제 4 장 연구 결과 및 목표달성도 ... 69 제 1 절 정량적 성과 ... 69 제 2 절 정성적 성과 ... 73제 5 장 연구결과의 파급효과 및 활용 가능성 ... 76제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 77제 7 장 참고문헌 ... 78끝페이지 ... 79