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연구개요
생체 대사 소재 기반 미래형 고효율/고용량 이차전지 연구는 자연계에 풍부하게 존재하는 생체의 생명 활동을 모방하여 전기에너지를 화학에너지의 형태로, 또는 화학에너지를 전기에너지의 형태로 효율 및 용량을 최대화하여 변환하거나 저장하는 기술에 관한 연구이다. 본 연구는 새로운 전기화학 기반의 전극 소재 및 에너지 저장장치를 개발하거나 리튬-공기 전지용 액상 촉매를 개발하여 혁신형 이차전지 시스템을 구축하고자 한다.

연구 목표대비 연구결과
A. 생체 대사 소재 기반 혁신형 이차전지 개발
- 음이온 삽

연구개요
생체 대사 소재 기반 미래형 고효율/고용량 이차전지 연구는 자연계에 풍부하게 존재하는 생체의 생명 활동을 모방하여 전기에너지를 화학에너지의 형태로, 또는 화학에너지를 전기에너지의 형태로 효율 및 용량을 최대화하여 변환하거나 저장하는 기술에 관한 연구이다. 본 연구는 새로운 전기화학 기반의 전극 소재 및 에너지 저장장치를 개발하거나 리튬-공기 전지용 액상 촉매를 개발하여 혁신형 이차전지 시스템을 구축하고자 한다.

연구 목표대비 연구결과
A. 생체 대사 소재 기반 혁신형 이차전지 개발
- 음이온 삽입/탈리 과정을 통해 전자 전달이 일어나는 DMPZ를 통해 높은 전압과 용량을 발현.
- TP의 치환기 개질과 환경 오염 물질 유도체를 활용하여 가장 높은 전압과 낮은 전압을 가지는 전극재 개발.
- Charge transfer complex를 구축하여 부도체성을 나타내는 두 유기물을 조합하여 높은 전기전도도를 나타내는 화합물을 만듦으로써 높은 율특성과 용량 발현도를 나타내는 전극 소재 개발.
- 2전자 반응을 하는 DMPZ를 레독스 플로우 전지에 도입하여 저농도에서도 고용량/고효율을 보이는 혁신형 이차전지 시스템 구축 완료.
B. 생체 대사 소재 기반 차세대 리튬-공기 전지 개발
- 박테리아 종의 바이러스 증식 과정에서 유래한 Phenazine 기반의 물질들 중 Dimethylphenazine (DMPZ) 물질을 리튬-공기 전지, 리튬- 이산화황 전지용 액상 촉매로 개발.
- 박테리아 내의 세포호흡에서 전자전달 매개체로서 작용하는 Vitamin K2를 통한 리튬-공기 전지용 방전 액상 촉매 개발.

연구개발결과의 중요성
본 연구 수행 결과를 이용하여 유기물 기반 전극 소재를 활용한 유기물 이차 전지 시스템의 상용화가 더욱 빠른 속도로 현실화될 수 있다. 기존에 사용되고 있는 세라믹 기반의 전극 소재와 비슷한 수준의 전기화학적 특성을 보여주거나 혹은 더욱 뛰어난 특성을 보이는 소재 개발에 대한 가능성을 보여주었고, 특히 CT complex를 활용한 고출력 전극 소재 개발은 향후 빠른 충전/방전이 필요한 전기 자동차 시스템등 여러 활용처에 사용될 가능성이 보인다. 가까운 미래에는 친환경적 에너지 기기인 전기 자동차의 전원 장치로 공급될 수 있을 것으로 예상되며, 혁신형 이차전지 시스템인 레독스 플로우 전지를 이용한 전기 자동차의 연구 개발은 이미 기업적 측면에서 진행되고 있는 실정이다. 향후 기존 전극물질의 원자재 값 상승으로 인한 자원 경쟁이 일어났을 때에 중대형 및 소형 리튬이차전지 시장을 선점하는데 결정적인 역할을 할 것으로 기대된다. 신규 분야의 개척에 관한 선행사례 및 본보기로 이용될 수 있을 것으로 생각되며, 또한 새로운 에너지 저장 시스템의 원천 기술 확보에 따라 국가 과학기술 발전에 긍정적인 역할을 할 것으로 기대된다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• (1) 연구의 정의 ... 4
• (2) 기존 리튬 이차전지의 문제점 ... 4
• (3) 해결책으로서의 생체 대사 소재 기반 이차전지 및 리튬-공기 전지 ... 4
• (4) 연구의 필요성 및 중요성 ... 5
• (5) 연구의 목표 및 범위 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 8
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• (1) 학문적, 인력양성 측면 ... 17
• (2) 기술적, 경제·산업적 측면 ... 17
• 4. 참고문헌 ... 18
• 5. 연구성과 ... 18
• 대표적 연구실적 ... 39
• 끝페이지 ... 53