초록 ▼

□ 연구개요
◉ 본 연구는 방사광 가속기 X-선 고도분석법을 활용하여 새로운 조성 및 구조의 나트륨이온전지용 양극 및 음극 소재를 탐구하고자 함.
◉ 이를 위하여 벌집형 층상구조를 보유한 새로운 조성의 Na[M²⁺]₂[M⁵⁺]O₆ 양극소재와 터널구조를 기반으로 한 새로운 조성의 Na[M²⁺][M‘⁴⁺]O⁴ 음극소재를 합성함.
◉ 실시간 방사선 X-선 회절법 (in situ X-ra

□ 연구개요
◉ 본 연구는 방사광 가속기 X-선 고도분석법을 활용하여 새로운 조성 및 구조의 나트륨이온전지용 양극 및 음극 소재를 탐구하고자 함.
◉ 이를 위하여 벌집형 층상구조를 보유한 새로운 조성의 Na[M²⁺]₂[M⁵⁺]O₆ 양극소재와 터널구조를 기반으로 한 새로운 조성의 Na[M²⁺][M‘⁴⁺]O⁴ 음극소재를 합성함.
◉ 실시간 방사선 X-선 회절법 (in situ X-ray diffraction), X-선 흡수분광법 (in situ X-ray absorption spectroscopy) 등의 고도 분석을 이용하여, 합성된 소재들의 나트륨이온전지 충/방전시 발생하는 구조 변화를 측정, 그 반응 기구를 규명하고, 이를 활용하여 성능 향상을 위한 조성 제어 및 설계 방안 구축.
◉ 고도분석과 소재 합성에 대한 원활한 Feed-back 시스템을 구축, 새로운 조성 및 구조를 가지는 고성능 나트륨전지용 전극 소재를 개발하고 이에 대한 원천기술을 확보함.

□ 연구 목표대비 연구결과
◉ 다양한 고도분석법을 활용하여 새로운 나트륨이온전지 양극 및 음극 소재의 합성 조건에 따라 고분해능 X-선회절 측정을 통해 구조 분석을 진행하여 최적의 합성 조건을 효과적으로 확보함. 또한, 충·방전 시 발생하는 구조 변화를 실시간 방사광 가속기 X-선 회절 및 충전 상태 별 X-선 흡수 분광 분석을 이용하여 분석함으로 써 합성된 소재의 나트륨이온전지의 반응 기구를 규명함. 이는 방법론적으로 제시했던 연구목표와 잘 부합함.
◉ 양극 조성으로 제안한 벌집형 층상구조의 Na₃[M²⁺]₂[M⁵⁺]O₆를 본 연구실의 연구 결과를 바탕으로 5+산화가의 전이금속이 구조적 안정성 및 고전압 특성에 영향을 미친다는 것을 파악, 5+산화가 전이금속 자리에 다른 원소를 도입함. 그 결과 기준물질로 사용했던 소재들과는 전혀 다른 전기화학적 특성 및 안정적인 장수명 특성과 이에 따른 안정적으로 고전압을 유지하는 고성능의 양극 소재를 개발함.
◉ 음극 소재의 조성으로 제안한 터널형 층상구조 Na_xFe_xTi_2-xO₄의 나트륨 함량이 1, 09. 0.8인 경우의 구조 분석 및 전기화학 성능 평가를 진행함. 나트륨이 결핍된 조성의 더 큰 빈 공간을 바탕으로 우수한 나트륨 저장 능력을 보유하고 있음을 입증함. 이는 기존에 음극 소재로 고려되지 않았던 높은 나트륨 조성의 소재에 또 다른 가능성을 제시할 수 있는 매우 의미있는 연구 결과라 할 수 있음.

□ 연구개발결과의 중요성
◉ 본 연구에 활용했던 방사광 가속기 X-선 고도분석기법 플랫폼을 나트륨이온전지 뿐만 아니라 다른 차세대 전지 소재의 반응 메커니즘 분석에도 적용이 가능할 것으로 기대됨,
◉ 성공적으로 양극 및 음극 소재를 합성하고 조건을 확립한 것을 통해 나트륨이온 전지용 소재에 대한 원천기술 확보 및 국내 이차전지 산업의 경쟁력 확보와 세계 시장 선점이 기대됨.
◉ 학술적인 측면에서도 소재의 구조와 성능 사이의 연관성을 규명함으로써 새로운 접근 방법을 제안해줄 수 있다는 점에서 매우 의미 있는 연구임.
◉ 저가의 나트륨이온전지의 성능개선을 통해 대용량 에너지 저장장치의 가격을 낮춰 보급을 활성화함으로써 친환경 에너지 생산 및 에너지의 효율적 관리 체계 구축에 기여할 것으로 기대됨.
◉ 나트륨이온전지 분야 및 가속기 X-선 고도분석 분야의 핵심인력 양성

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 필요성 및 중요성 ... 4
• 나. 연구의 최종목표 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 가. 나트륨이온전지를 위한 고전압용 양극 소재 개발 ... 7
• 나. 나트륨이온전지를 위한 용량 및 수명이 최적화된 음극 소재 개발 ... 12
• 다. 연도별 연구개발 수행 내용 정리 ... 18
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 19
• 대표적 연구실적 ... 22
• 끝페이지 ... 32