초록 ▼

□ 연구개요
- 에너지 환경문제를 해결하기 위해 전기차 및 중대형 에너지 저장장치(ESS system)의 필요성 및 수요가 급증하면서, 에너지원인 이차전지의 저가화에 대한 요구 역시 증가하고 있음. 저가화 측면에서 리튬자원에 비해 풍부하며 저렴하다는 장점이 있는 소듐자원을 활용할 수 있는 소듐이온전지가 차세대 전지 시스템으로 각광받고 있음. 상용화를 고려했을 때, 저가의 고용량 소재에 대한 연구가 주를 이루고 있지만 아직까지 상용화에 이르는 소재에 대한 개발은 전무한 실정임.
- 고용량 소재의 낮은 전도도 및 큰 부피변화

□ 연구개요
- 에너지 환경문제를 해결하기 위해 전기차 및 중대형 에너지 저장장치(ESS system)의 필요성 및 수요가 급증하면서, 에너지원인 이차전지의 저가화에 대한 요구 역시 증가하고 있음. 저가화 측면에서 리튬자원에 비해 풍부하며 저렴하다는 장점이 있는 소듐자원을 활용할 수 있는 소듐이온전지가 차세대 전지 시스템으로 각광받고 있음. 상용화를 고려했을 때, 저가의 고용량 소재에 대한 연구가 주를 이루고 있지만 아직까지 상용화에 이르는 소재에 대한 개발은 전무한 실정임.
- 고용량 소재의 낮은 전도도 및 큰 부피변화 문제를 해결하기 위해 탄소계열의 matrix를 복합화하는 연구가 주목받아왔지만, 탄소계 matrix의 낮은 기계적 물성으로 인해 이를 효과적으로 극복한 연구사례가 없기에, 이를 대체 할 수 있는 신규 matrix 소재의 개발이 시급함.
- 본 연구에서는 “폐실리콘오일을 활용한 전극 부피팽창 억제용 친환경 실리콘옥시 카바이드(SiOC) matrix소재 개발”과 “계면 특성이 우수한 alloy기반 고용량 음극 소재 개발”을 활용하여 “장수명/고용량을 지니는 소듐이온전지용 복합소재를 위한 핵심 기술”을 개발하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 목표 1: 폐실리콘 오일을 활용한 SiOC matrix 소재 합성 기술
: Filitration 공법을 활용하여, 폐실리콘오일의 불순물 제거 기술 확보
: SiOC 합성에 필요한 탄소첨가제 후보군을 탐색하고 최적 물질(DVB)을 선정
: 실리콘오일과 DVB의 혼합기술 및 SiOC 합성을 위한 열처리 기술 확보
- 목표 2: 요크-쉘 구조의 저가형 고용량 alloy 기반 소재/탄소 복합 음극 소재 개발
: 수열합성, 공침법, 열처리 등 다양한 공정을 통해 음극 소재 합성기술 확보
: 자가부착형 고분자 활용, 소재 표면에 균일한 탄소 코팅층을 형성하는 공정 개발
: 전기화학성능 평가 결과 500 mAh/g이상의 용량 및 100사이클 구동 확인
- 목표 3: 폐실리콘오일의 점도를 활용한 1차년도 개발 음극소재의 분산공정 최적화
: DVB의 첨가량과 실리콘 오일의 점도 간의 상관관계를 도출
: 점도에 따른 전지성능 및 분말 분산도 확인 및 최적 비율 제시 (오일:DVB=10:1)
- 목표 4: 탄소가 코팅된 alloy 기반 음극소재와 폐실리콘 오일을 이용하여 얻어진 SiOC의 복합화기술 최적화
: 실리콘오일 및 음극 소재의 비율에 따라 용량과 수명특성간에 trade-off 문제가 발생.(高 matrix - 高 안정성, 低 용량 / 低 matrix - 低 안정성, 高) 용량
: 오일과 음극 소재의 최적 비율 제시 (분말:오일=1:3 wt. %)
: 전기화학성능 평가 결과 500 mAh/g이상의 용량 및 200사이클 유지 달성

□ 연구개발결과의 중요성
- 新기후체제에 따라 온실가스 배출량 감소를 위해 전기차 및 중대형 에너지 저장장치(ESS system)에 대한 필요성이 증가하고있는 상황에서, ESS의 제조 원가의 50%이상을 차지하는 이차전지 제조 비용의 절감이 필수적임. 최근 기존 리튬이온전지의 대체 기술로써 풍부하며 저렴한 소듐자원을 활용하는 소듐이온전지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으나, 아직 상용화에 이르는 원천소재가 개발되지 않은 상황임. 소듐이온전지용 원천소재 확보 시, 세계 전지시장을 선도하는 국내 리튬이 온전지 제조 기술과 저렴한 소듐 자원의 장점을 바탕으로 상용화 및 양산화의 진입장벽을 낮추어, 저가의 ESS system의 보급을 촉진 시킬 수 있으며 이를 통해 新기후체제에 대응하여 친환경적인 미래 에너지 시장을 선도 할 수 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 연구의 필요성 ... 4
• 1-2. 연구 목표 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 8
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 17
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 20
• 대표적 연구실적 ... 26
• 끝페이지 ... 41