초록 ▼

3. 개발결과 요약
최종목표
차세대 나트륨이온 이차전지용 초고성능 확장형 흑연 음극소재 원천기술 확보를 위해 장범위 규칙성을 지니는 자가조립형 재적층 최적화를 통해 4종 이상의 기둥기를 화학적 결합을 통한 거대 기둥형태로 확장형 흑연 층 사이에 삽입하는 기술을 세계최초로 도입, 최종적으로는 1 nm 이상의 큰 층간간격을 가지면서도 재적층된 흑연 층이 장범위 규칙을 가지고 고결정화 된 구조를 합성하고자 함.

개발내용 및 결과
음의 표면전하를 띠는 GO (graphite oxide)와 양의 전하를 띠는 금속

3. 개발결과 요약
최종목표
차세대 나트륨이온 이차전지용 초고성능 확장형 흑연 음극소재 원천기술 확보를 위해 장범위 규칙성을 지니는 자가조립형 재적층 최적화를 통해 4종 이상의 기둥기를 화학적 결합을 통한 거대 기둥형태로 확장형 흑연 층 사이에 삽입하는 기술을 세계최초로 도입, 최종적으로는 1 nm 이상의 큰 층간간격을 가지면서도 재적층된 흑연 층이 장범위 규칙을 가지고 고결정화 된 구조를 합성하고자 함.

개발내용 및 결과
음의 표면전하를 띠는 GO (graphite oxide)와 양의 전하를 띠는 금속 이온을 섞어 양전하와 음전하가 만나 자가 조립되면서 산화 흑연 층 사이에 금속 이온이 원자수준으로 분산도포되며 존재하는 다원자 이온 기능기 도입 흑연복합소재를 성공적으로 합성하였으며 이를 환원하여 금속 나노입자가 흑연층 사이에 기둥기로 삽입된 확장흑연을 성공적으로 합성함. 최종적으로 최적화된 확장흑연소재는 1nm이상의 넓은 층간거리를 가지며 나트륨이차전지 음극으로 적용시 780 mAh/g의 높은 용량과 가역성을 달성함. 다양한 기둥기를 적용시켜 최적의 확장흑연 소재를 도출함.

기술개발 배경
흑연의 경우 구조적인 규칙도가 높고 원가가 저렴하지만 나트륨이온을 구조내부에 삽입하기 다소 작은 층상구조를 가지고 있음. 이에 반해 하드카본의 경우 무질서하게 배열되어 있는 단범위 규칙성 탄소구조이며 내부에 많은 여유공간이 있어 나트륨이차전지로 사용 시 약 300 mAh/g 가량의 높은 용량을 보이며 수명특성도 나쁘지 않은 것으로 알려져 있음. 그러나 소재자체의 합성단가가 높으며 결정성이 낮고 구조적인 안정성이 좋지 않음. 그러므로 높은 구조적 결정성을 가지는 저렴한 흑연의 장점과 높은 용량을 보이는 하드카본의 장점을 결합한 새로운 음극소재를 개발하는 것이 중요함.

핵심개발 기술의 의의
본 연구에서 개발한 핵심기술은 최대 1.86 nm의 층간거리를 가지는 확장흑연 개발에 성공해 기존에 보고된 확장흑연의 4.3배 이상의 수치에 달하는 큰 층간거리를 달성하였음. 뿐만 아니라 나트륨이차전지의 음극소재로의 적용 시 780 mAh/g의 높은 가역용량이 발현되어 이전에 보고된 확장흑연 소재의 2.7배에 달하는 고용량 나트륨이차 전지용 음극소재 적용과 개발에 성공하였음. 또한 다양한 다원자 이온 기둥기의 도입을 통해 기술의 응용범위를 확장함으로써 신규개발과 기술수출 가능성이 큰 기술로 사료됨. 본 확장흑연소재는 나트륨 이차전지외에도 다른 알칼리 이차전지용 전극소재로 응용가능함.

적용 분야
나트륨이온 이차전지, 음극소재, 확장흑연, 표면그래핀 기능기 개질 기술, 그래핀잉크 산화환원

(출처 : 초록 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 8
• 목차 ... 13
• 제 1 장 서론 ... 14
• 1-1 과제의 개요 ... 14
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 (기술개발 내용 및 방법) ... 18
• 2-1 최종 목표 및 평가 방법 ... 18
• 2-2 단계 목표 및 평가 방법 ... 19
• 2-3 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 20
• 2-4 수행 결과의 보안등급 ... 20
• 제 3 장 결과 ... 21
• 3-1 연구개발 최종 결과 ... 21
• - 연구개발 추진 일정 ... 21
• - 연구개발 추진 실적 ... 25
• - 연차별 기술개발 유/무형 성과 ... 29
• 3-2 연구개발 추진 체계 ... 77
• - 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 77
• 3-3 R&D 도전과 배움 ... 79
• 1. R&D 전주기별 경험 ... 79
• 2. 연구개발 중 발생한 파생성과 ... 81
• 3-4 고용창출 효과 ... 81
• 3-5 자체보안관리진단표 ... 84
• 3-6 안전관리 이행 현황 ... 85
• - 연구실 안전 조치 이행 계획 ... 85
• 부 록 ... 88
• 끝페이지 ... 95