초록 ▼

□연구개요
에너지 빈곤 및 기후변화에 대응하고 신재생 에너지를 효율적으로 운용하기 위해 저비용, 고성능의 차세대 이차전지 기술이 요구되는 실정이다. 천연자원인 해수를 양극 활물질로 이용하는 해수전지는 높은 잠재력을 가진다. 본 연구과제에서는 해수 내의 Na 이온이 음극 집전체 상에 가역적으로 전착/탈리될 수 있는 환경을 구축하여 Na 금속 음극 없이도 해수만을 이용하여 충방전이 가능한 이차전지를 연구개발하였다. 최적화된 소재들을 적용하여 100회 사이클 시 방전용량 90% 이상 유지 및 평균 쿨롱효율 98% 이상의 전지특성을

□연구개요
에너지 빈곤 및 기후변화에 대응하고 신재생 에너지를 효율적으로 운용하기 위해 저비용, 고성능의 차세대 이차전지 기술이 요구되는 실정이다. 천연자원인 해수를 양극 활물질로 이용하는 해수전지는 높은 잠재력을 가진다. 본 연구과제에서는 해수 내의 Na 이온이 음극 집전체 상에 가역적으로 전착/탈리될 수 있는 환경을 구축하여 Na 금속 음극 없이도 해수만을 이용하여 충방전이 가능한 이차전지를 연구개발하였다. 최적화된 소재들을 적용하여 100회 사이클 시 방전용량 90% 이상 유지 및 평균 쿨롱효율 98% 이상의 전지특성을 확보하였다.

□연구 목표대비 연구결과
(1) 음극용 최적 액체 전해질 발굴 및 전기화학 평가
- 글라임계 (DEGDME, TEGDME) 기반으로 NaClO₄와 NaPF₆, NaTf 염을 다양한 농도(0.5-1.5 M)로 전해질을 제조 및 상온 이온전도도 측정
- 소듐 염 농도가 증가할수록 이온 전도도가 증가. 1.2 M에서 최대 이온전도도를 가짐
- 1M NaTf/DEGDME < 0.5 M NaTf/DEGDME < 1 M NaTf/TEGDME < 0.5 M NaTf/TEGDME 순으로 산화안정성이 높음
(2) Na 금속의 전착/탈리 가역성 향상을 위한 집전체 비교 연구
- 카본펠트 집전체를 사용하여, 약 95%이상의 쿨롱효율을 보이며 비교적 안정적인 충방전 거동 확보
- 음극 집전체와 고체 전해질 사이의 분리막 탐색 및 평가: polyethelene (PE) 분리막으로 안정적인 충방전 사이클 거동 확보
- 음극부 전해액 최적화 연구: NaPF6 염을 적용한 셀이 500회 사이클 동안 쿨롱효율 약 99%로 상대적으로 안정적인 거동 확보
- 카본계 집전체상 Na 금속 전착 거동 분석 및 안정적인 충방전 거동 확보
(3) Na 금속의 전착/탈리 가역성 향상을 위한 전해액 개선 연구
- Biphenyl 전해액 이용, 100사이클 동안 평균 98.6%의 쿨롱효율을 확보
- Ni foam 집전체와의 조합으로 높은 가역성 확보

□연구개발결과의 중요성
• 천연자원인 해수를 활물질로 이용하는 친환경/저비용 이차전지 기술 개발
• Na 금속의 증착/탈리 거동 이해 및 제어기술 확보
• 알칼리 금속 음극에 대한 이해 및 기술 구축
• ‘Anode-free’이차전지 구조 및 전지의 전기화학 특성에 대한 이해를 바탕으로 Na 이온기반의 이차전지 분야에 새로운 패러다임 제시
• Na 이온을 기반으로 구동되는 저비용의 이차전지 기술 영역 확대/발전
• 차세대 전지 분야의 원천기술 확보 및 특허 선점
• 친환경, 저비용의 해수전지 상용화 촉발 및 새로운 에너지 솔루션 제공

(출처 : 요 약 문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 연구의 필요성 ... 4
• 1-2. 본 연구의 가설 및 도출근거 ... 5
• 1-3. 연구목표 및 연구내용 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 2-1. 1차년도 연구 내용 및 결과 ... 7
• 2-2. 2차년도 연구 내용 및 결과 ... 10
• 2-3. 3차년도 연구 내용 및 결과 ... 14
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 17
• 4. 참고문헌 ... 18
• 5. 연구성과 ... 19
• 끝페이지 ... 21