초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 저렴한 제조가격을 유지하면서 고용량, 에너지 밀도, 안전성이 향상된 상온형 Na/S 전지 시스템의 원천기술 개발을 목표로 하며, 이를 위하여 황양극의 용량개선을 위한 제조방법 개선 및 반응 메커니즘 이해를 목표로한다. 정량적 목표로는 작동온도 상온, 최종 방전 생성물 이해, 가역용량 1500 mAh/g 이상임.

□ 연구 목표대비 연구결과
(1) 황양극의 제조 및 Na/S 전지의 조립 (이미 확립된 최적 조건 활용)
▷ 순수 황을 이용한 황양극 제조 완료
- 황, 도전재(M

□ 연구개요
본 연구는 저렴한 제조가격을 유지하면서 고용량, 에너지 밀도, 안전성이 향상된 상온형 Na/S 전지 시스템의 원천기술 개발을 목표로 하며, 이를 위하여 황양극의 용량개선을 위한 제조방법 개선 및 반응 메커니즘 이해를 목표로한다. 정량적 목표로는 작동온도 상온, 최종 방전 생성물 이해, 가역용량 1500 mAh/g 이상임.

□ 연구 목표대비 연구결과
(1) 황양극의 제조 및 Na/S 전지의 조립 (이미 확립된 최적 조건 활용)
▷ 순수 황을 이용한 황양극 제조 완료
- 황, 도전재(MWCNT), 바인더(PVdF)의 볼밀링을 통한 황양극 제조
▷ 황과 폴리아크릴로니트릴(PAN)을 이용한 황양극(S-PAN) 제조 완료
- 황-폴리아크릴로니트릴(PAN)의 열합성(450℃, Ar분위기)을 통한 황양극 제조
▷ 최종 방전생성물이라고 추정되는 Na₂S를 이용한 황양극(Na₂S양극) 제조 완료
- Na₂S, 도전재(MWCNT), 바인더(PVdF)의 볼밀링을 통한 황양극 제조
- Na₂S전구체와 탄소전구체(글루코스)의 합성을 통한 황양극 제조
▷ Na/S 전지의 조립 및 셀특성평가 : 1502 mAh/g의 가역용량 실현
- Na/Na-beta"alumina/S 전지의 조립 (스웨지락 셀, Glass fiber filter, Celgard 사용)
- 에테르계 DME전해질과 카보네이트계 EC/DEC 전해질, NaPF₆염 사용
(2) 황양극에 최대의 소듐 수용 방법 설계 및 실험
▷ 전압창 변경 실험 (방전종지 전압을 0.7V보다 낮은 0.001 V까지 낮추어서 Sodiation)
- 과전압을 고려하여 0.001 V까지 정전류법을 통한 방전
▷ 정전류-정전압 (CC-CV) 방전법 적용 실험
- 정전류로 0.001V 까지 방전후 0.001V 전압 유지를 통한 정전압 방전 (최대 소듐 수용)
(3) 최종 방전 생성물 규명 (이미 확립된 실험 조건 활용)
▷ Na₂S_x (1≦x≦8)의 공기와 수분과 반응을 막는 특성 분석
- X-선 회절 분석실험 : 아르곤 글로브박스내에서 Air-tight holder를 이용하여 시편준비 : Na₂S 최종생성물 확인
- Raman 스팩트럼 : 공기와 차폐된 holder 이용하여 아르곤 글로브박스내에서 시편준비: 반응 시 황의 구조 변화 관찰
- SEM & EDS 특성 분석 : Air-tight transfer holder 이용
- 아르곤 글러브박스내에서 Na-S 화합물의 용해도 평가
(4) 고용량 황전극 개발
▷ 황과 최종 방전 생성물간의 가역적인 충·방전이 가능한 조건 확립

□ 연구개발결과의 중요성
(1) Na/S 전지 설계의 매뉴얼 역할
수십년간 Na/S전지의 연구가 이루어졌음에도 불구하고 방전 반응 기구를 정확히 모르고 있는 상황임. 본 연구는 실질적인 Na/S 전지의 반응기구를 제공함으로써 앞으로의 전지 개발에 필요한 지침서로서 역할을 할 수 있기 때문에 Na/S 전지의 상용화를 더욱 앞당길 수 있음.
(2) 효율적인 황전극의 성능 개선 방법
소재의 개발 또는 전극 구조 및 전지의 구조만으로 이루지 못한 실질적인 황전극의 전기화학적 활성화 방법을 연구함으로써 어떠한 소재 및 구조를 가지는 전지에서도 같은 전기화학적 활성화방법을 적용할 수 있기 때문에 효율적으로 Na/S 전지의 성능을 개선 할 수 있는 방법으로 사용할 수 있음.


(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• (1) 상온형 Na/S 전지의 연구 필요성 ... 4
• (2) 본 연구그룹의 상온형 Na/S 전지 연구 ... 4
• (3) 상온형 Na/S 전지 방전기구 규명의 필요성 ... 5
• (4) 연구가설 및 가설의 도출 근거 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 12
• (1) Na/S 전지 설계의 매뉴얼 역할 ... 12
• (2) 효율적인 황전극의 성능 개선 방법 ... 12
• 4. 참고문헌 ... 12
• 5. 연구성과 ... 12
• 대표적 연구실적 ... 12
• 끝페이지 ... 14