초록 ▼

○ 연구개요
최근 전기자동차 및 4차산업혁명 관련 스마트기기의 확장에 의해서 고용량 전지에 대한 니드가 급격하게 증가하고 있지만, 현재 리튬이온전지의 에너지밀도는 양극 활물질의 낮은 용량(예: LCO 274mAh/g)에 의해서 제한되고 있음. 이러한 시점에서 리튬황전지는 황 양극 활물질의 높은 이론 용량(1675mAh/g)과 낮은 가격으로 인해서 리튬이온전지를 대체할 수 있는 후보기술로 관심을 받고 있음. 특히 나노기술의 발전에 의해서 기술초기부터 제시되어 온 리튬황전지의 기술적인 문제점인 황의 낮은 전기전도도(5×10

○ 연구개요
최근 전기자동차 및 4차산업혁명 관련 스마트기기의 확장에 의해서 고용량 전지에 대한 니드가 급격하게 증가하고 있지만, 현재 리튬이온전지의 에너지밀도는 양극 활물질의 낮은 용량(예: LCO 274mAh/g)에 의해서 제한되고 있음. 이러한 시점에서 리튬황전지는 황 양극 활물질의 높은 이론 용량(1675mAh/g)과 낮은 가격으로 인해서 리튬이온전지를 대체할 수 있는 후보기술로 관심을 받고 있음. 특히 나노기술의 발전에 의해서 기술초기부터 제시되어 온 리튬황전지의 기술적인 문제점인 황의 낮은 전기전도도(5×10^-30S/cm), 충∙방전 과정에서 발생하는 부피팽창(최대 180%), 리튬폴리설파이드 용출에 의한 성능 저하, 낮은 황 로딩양이 해결되어야 함.
본 과제는 고용량 리튬황전지의 문제점인 황의 낮은 전기전도도, 폴리설파이드 셔틀현상, 낮은 로딩양을 해결하기 위해서 (1) 다공성 탄소나노구조체의 멀티스케일 (마이크로 2nm 이하, 메조 2-50nm, 마크로 50nm이상) 기공 구조를 제어하고, (2)탄소나노구조체의 표면특성을 제어(N, S, O 등의 이종원소 도핑 및 -OH, -COOH,
-NH₃ 등의 관능기 도입)하거나 나노황 활물질의 표면 제어 및 담지 기술을 통해서 고용량 양극 활물질을 개발하고자 함.
최종목표: 다차원 다공성 탄소구조체 기반 리튬황 전지용 양극 소재 개발
다차원 다공성 탄소구조체 물성 확보
- 비표면적: >= 2000m²/g
- 황 로딩양: >= 70wt%
원천소재 3종 이상 확보: 특허 3건 이상
양극 활물질 성능
용량: 1000mAh/g (@0.1C)
장기안정성: >=80% (@400회)

○ 연구 목표대비 연구결과
비표면적 : 달성 (2138.1m²/g )
황 로딩양 : 달성 (74.3wt%/70wt%)
특허 : 달성 (4건/3건)
용량 : 달성 (1001.48mAh/g / 1000mAh/g)
장기 안정성 : 25% 달성 (80% @0.1C, 111cycle/ 400cycle)
비고 : SCI(E)목표 논문 1편 작성 진행 중

○ 연구개발결과의 중요성
황이 복합화 되고 표면 개질된 다차원의 탄소구조체를 전극으로 활용하여, 물리적∙화학적으로 전극 소재가 갖는 에너지 저장 특성을 도출 및 에너지 저장 메커니즘 이해를 통해 리튬황전지가 갖는 근본적인 문제해결을 위한 기술을 확보할 수 있음.
선진국 대비 원천 기술력이 미흡하여 시장에서 우위를 선점하기 어렵고, 원천기술이 부족한 분야 에서는 세계적으로 빠른 연구 추세에 밀려 시장 경쟁력 유지에도 급급한 실정임. 전기자동차, EES, 스마트 그리드 등 세계적으로 에너지 저장 시스템에 관심을 갖고 있는 실정에서 기존의 리튬이온전지의 한계에 발 빠르게 대처하여 차세대배터리 전극 소재 원천기술 확보는 향후 국가적으로 R&D 경쟁력 향상에 큰 도움이 될 것으로 기대.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1. 1차년도 연구목표 및 연구내용 ... 4
• 1.2. 2차년도 연구목표 및 연구내용 ... 5
• 1.3. 3차년도 연구목표 및 연구내용 ... 5
• 1.4 연구의 필요성 ... 6
• 1.5. 연구의 추진전략 및 방법 ... 7
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 2.1 연구수행 개요 ... 7
• 2.2 종합연구결과 ... 9
• 2.3 연구결과 및 결론 ... 15
• 2.4 연구수행의 적절성 ... 15
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 17
• 5. 연구성과 ... 18
• 대표적 연구실적 ... 19
• 끝페이지 ... 26