초록 ▼

1. 개발목표
1차년도에서는 전극 소재로 사용될 수 있는 Monomer 및 금속 산화물의 종류를 탐색하고, 고분자 합성 Mechanism과 금속 산화물 정제 방법을 조사하여 의사-커패시터(Pseudo-Capacitor) 용 전도성 고분자 및 금속 산화물로 사용될 수 있는 재료를 선정·합성하여 기초 물성 평가를 진행하는 것이며, 2차년도에서는 1차년도에서 선정된 전도성 고분자와 금속 산화물을 이용한 제조 공정을 확립, 최적화 시켜 전도성 고분자의 경우 표면적을 극대화 시켜 기존에 가지고 있는 물성 대비 정전용량을 향상시키는 것을

1. 개발목표
1차년도에서는 전극 소재로 사용될 수 있는 Monomer 및 금속 산화물의 종류를 탐색하고, 고분자 합성 Mechanism과 금속 산화물 정제 방법을 조사하여 의사-커패시터(Pseudo-Capacitor) 용 전도성 고분자 및 금속 산화물로 사용될 수 있는 재료를 선정·합성하여 기초 물성 평가를 진행하는 것이며, 2차년도에서는 1차년도에서 선정된 전도성 고분자와 금속 산화물을 이용한 제조 공정을 확립, 최적화 시켜 전도성 고분자의 경우 표면적을 극대화 시켜 기존에 가지고 있는 물성 대비 정전용량을 향상시키는 것을 개발 목표로 한다. 또한 금속 산화물의 경우 정제 방법에 따른 입자 분포를 조절하여, ESR제어를 통한 고출력 특성의 소재를 개발하는 것을 목표로 한다.
3차년도에는 2차년도 공정에 향상된 물성을 확보하기 위해 공정 개선 및 전도성 고분자와 금속산화물의 합성 또는 정제 공정을 안정화시키고, 최종 Pilot Test를 통해 양산 시 문제점 보완 및 생산공정 확립을 하여 비정전용량 500F/g 이상, ESR 1.0Ω/cm² 이하, 그리고 충방전 효율이 95% 이상인 의사-커패시터(Pseudo-Capacitor)를 개발하는 것을 본 과제의 목표로 하고 있다.

2. 개발내용 및 결과
1차년도에서는 전도성 고분자(Polyaniline. PEDOT, Polypyrrole)의 합성공정 기술을 확립하였고, 최종 선정된 PANi 전도성 고분자의 Pilot test를 통해 현장 공정 기술을 확립하였다. 전도성 고분자와 복합화 할 금속산화물의 표면개질을 진행하였으며, 최종 선정된 PANi와 금속산화물 Mn₃O₄와 Blending 최적의 배합비를 통해 커패시터 소재 개발을 하였으며, 이를 이용한 커패시터 전극 제조 공정을 수행하였다. 소재 및 전극을 이용하여 1차년도 소재물성을 만족하였다.
2차년도에서는 전도성 고분자와 금속산화물의 Hollow type 복합체를 공정기술을 확립하였다. 금속산화물의 표면 개질 공정을 통해 전기적 특성을 향상시키는 공정기술을 개발하였으며, 지지체인 폴리스티렌의 합성기술을 확립하였다. 금속산화물과 폴리스티렌과의 복합화 기술을 개발하였으며, 이를 이용하여 전도성 고분자와 금속산화물의 Hollow type 복합화 공정을 확립하였다. Hollow type 복합화 제품의 Pilot 시운전을 통해 현장 생산 공정을 확립하여 전기적 특성이 우수한 커패시터 소재를 개발하였다. 이를 이용한 커패시터 전극 제조 공정을 수행하였으며, 소재 및 전극을 통해 2차년도 소재물성을 만족하였다.
3차년도에서는 전도성고분자/금속산화물 Hollow type 복합체와 표면적인 넓은 MnO₂-TiO₂ 복합체를 이용하여 2차년도 대비 전기적 물성을 향상시키고 경제성을 확보한 커패시터 소재를 개발하였다. 고가의 RuO₂의 일부를 대체하기 위한 표면개질을 통해 표면적이 넓은 MnO₂-TiO₂ 복합체 합성공정기술을 개발하였으며, Hollow type 복합화 공정의 간소화를 통해 제조경비를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있도록 공정 기술을 확립하였다. 최종 전도성 고분자/금속산화물 Hollow type 복합체와 MnO₂-TiO₂ 복합체를 이용하여 최적의 전기적 특성을 나타낼 수 있는 커패시터 소재를 개발하였으며, Pilot test를 통해 현장 생산기술을 확립하였다. 이를 이용하여 커패시터 전극 제조를 최적화 하였다. 소재 및 전극을 이용하여 3차년도 목표 물성을 달성하였다.

3. 기대효과(기술적 및 경제적 효과)
전도성 고분자 합성 기술을 확립하였고, 이를 이용한 커패시터 전극을 제조하여 기존 전량 수입되는 활성탄 전극 대체 가능성을 제시하였다.
기존의 커패시터 대비 전기적 특성이 우수하여 지속적으로 성장하고 있는 에너지 저장장치, 전기 자동차 시장을 비롯하여, EDLC 커패시터 시장을 재현할 것으로 예상된다.

4. 적용분야
본 기술개발을 통해 에너지 밀도와 출력밀도가 높은 커패시터 전극 제조공정을 확립하여 스마트 그리드의 확산에 따라 시장이 성장하고 있는 ESS(Energy Storage System) 분야와 Emergy meter, GPS, IoT 장치, 휴대용 기기 등에 있는 RTC(Real Time Clock)나 메모리의 백업 분야 등에 적용이 가능하다. 기타 분야로 Solar(태양광) 응용분야와 블랙박스를 포함하는 차량 분야도 개별 시장으로 적용이 가능할 것으로 판단된다.

( 출처: 최종보고서 초록 3p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 부품소재기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 목차 ... 5
• 제1장 서론 ... 7
• 제1절 기술개발대상 부품·소재 ... 7
• 1. 부품·소재의 형상 및 명칭 ... 7
• 2. 부품·소재의 기능 ... 12
• 3. 부품·소재의 핵심기술 및 요소기술 ... 19
• 4. 국내·외 제품·기술 및 시장 현황 ... 21
• 제2절 기술개발 목표 ... 35
• 제3절 기술개발 내용 ... 37
• 제2장 본론 ... 40
• 제1절 기술개발의 목표 및 내용 ... 40
• 1. 기술개발의 목표 달성여부 ... 40
• 2. 기술개발의 내용 수행실적 ... 46
• 3. 기술적 해결방법 수행실적 ... 136
• 4. 기술개발의 내용에 대한 보호대책 수행실적 ... 165
• 5. 수요기업과의 협력방안 수행실적 ... 167
• 6. 연차별 정량적 목표에 대한 공인시험기관의 공인시험 결과 ... 170
• 7. 산업재산권 출원·등록 및 논문 게재·발표 ... 217
• 제2절 수행주체별 담당내용 및 협력 ... 224
• 1. 수행주체별 담당내용 수행실적 (나노코) ... 224
• 2. 수행주체별 협력 수행실적 ... 592
• 3. 수행주체별 인력 및 연구기자재·시설의 투입 실적 ... 594
• 제3절 기술개발 추진일정 준수여부 ... 597
• 제3장 결론 ... 599
• 끝페이지 ... 601