초록 ▼

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
◆ 슈퍼커패시터
1) 아모텍
슈퍼커패시터용 전극 제작 및 특성 평가
- 양극 밀도 : 3.80 g/cm³
- 음극 밀도 : 1.90 g/cm³
2) 한양대학교
고에너지밀도 및 고출력밀도 형 리튬 산화물 기반 양극소재 합성 기술
- 방전비용량 (반쪽셀) : 150 mAh/g @ 1 C
- 방전율특성 (반쪽셀) : 100 mAh/g @ 30 C
- Cell Cyclability 용량유지율 : 90 % @ 1

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
◆ 슈퍼커패시터
1) 아모텍
슈퍼커패시터용 전극 제작 및 특성 평가
- 양극 밀도 : 3.80 g/cm³
- 음극 밀도 : 1.90 g/cm³
2) 한양대학교
고에너지밀도 및 고출력밀도 형 리튬 산화물 기반 양극소재 합성 기술
- 방전비용량 (반쪽셀) : 150 mAh/g @ 1 C
- 방전율특성 (반쪽셀) : 100 mAh/g @ 30 C
- Cell Cyclability 용량유지율 : 90 % @ 1,000 cycle (10 C)
3) 연세대학교
고율층방전 특성 Li₄Ti₅O₁₂/나노탄소 복합소재
- 방전비용량 : 155 mAh/g @ 1C
- 방전율특성 : 115 mAh/g @ 30C
- 수명특성 : 80% @ 1,000 cycle
고용량 저결정탄소/나노탄소 복합체
- 방전비용량 : 300 mAh/g @ 0.1 A/g (@ 25 °C)
- 방전율특성 : 150 mAh/g @ 5 A/g (@ 25 °C)
- 수명특성 : 90% @ 1,000 cycle (@ 1 A/g)
4) 한밭대학교
- 전해질 조성물의 이온전도도 @ 25 ℃ : 2.0x10^-2 S/cm
- 전위창: 4.5V vs. Li
5) 캡솔루션
Full Cell 하이브리드 슈퍼커패시터 특성 평가
- 에너지 밀도 : ≥50 Wh/kg
- 출력 밀도 : ≥15 kW/kg
- 싸이클 용량 유지율 : ≥90% @1000 cycle
- 슈퍼커패시터 수명 : 5만회 거동
- 슈퍼커패시터 용량 : 5,000 F
6) 알로스
고전압 안정성과 높은 이온전도도를 가지는 전해질 기술
- 이온전도도 @ 25℃ : 2.0x10^-2 S/cm
- 전위창 : 4.50 V
◆ OLED
1) 경희대학교
- Blue 소재 소자 효율 : 12 cd/A @ 1000 nit
- Blue 발광 소재의 PLQY : 60%
- Blue 발광 소재의 내열온도 : 400℃
- 청색 광원 색좌표 변화 (CIE x, y 각각) : ± 0.03
- 청색 광원 휘도 균일도 : 10 %/cm²
2) 성균관대학교
- 백색 광원 전력 효율 : 70 lm/W @ 1000 nit
- 백색 광원 소자 수명 : 8K @ 1000 nit
- 백색 광원 연색 지수 : 80
- 용액 공정 코팅막 균일도 : 3 nm 이하
- 용액 공정 소재 용해도 : 10 mg/ml 이상
- 증착 공정 대비 용액 공정 발광효율 비율 : 80%
3) 덕산네오룩스
- 정공수송층 이동도 : 10^-4 cm²/Vs
- T1 에너지 레벨 : > 2.6 eV
- 박막단차변화 : < 5%
4) 머티어리얼 사이언스
- 발광 blue dopant 소자 효율 : 12 cd/A @ 1000 nit
- 발광 blue dopant의 PLQY : 80%
- 발광 blue dopant의 내열온도 : 370℃
- 청색 광원 색좌표 변화 (CIE x, y 각각) : ± 0.03
- 청색 광원 휘도 균일도 : 10 %/cm²
5) 지엘비전
- 백색광원 소자 수명 개선법 연구
- 시생산을 위한 파일럿 스케일업 기술 및 공정 연구
6) 율촌화학
- Blue, yellow 단위 소재 발광특성 평가
- 시생산을 위한 파일러 스케일업 기술 및 공정 연구
7) 알로스
- 용액 공정용 발광 yellow 소재 소자 효율 : 60 cd/A @ 1000 nit
- 백색 광원 전력 효율 : 60 lm/W @ 1000 nit
- 백색 광원 소자 수명 : 7K @ 1000 nit
- 백색 광원 연색 지수 : 68
- 백색 광원 색좌표 변화 (CIE x, y 각각) : ± 0.03
- 백색 광원 휘도 균일도 : 10 %/cm²

□ 개발내용 및 결과
◆ 슈퍼커패시터
1) 아모텍
고출력 및 고에너지 밀도 달성을 위한 전극 개발
- 양극 밀도 : 3.87 g/cm³
- 음극 밀도 : 1.96 g/cm³
2) 한양대학교
고에너지밀도 및 고출력밀도 형 리튬 산화물 기반 양극소재 합성 기술
-방전비용량 (반쪽셀) : 160 mAh/g @ 1 C
- 방전율특성 (반쪽셀) : 111 mAh/g @ 30 C
- Cell Cyclability 용량유지율 : 92.5 % @ 1,000 cycle (10 C)
3) 연세대학교
고율층방전 특성 Li₄Ti₅O₁₂/나노탄소 복합소재 설계, 합성 및 특성 평가 (정량적 목표 달성)
- 방전비용량 : 163 mAh/g @ 1C
- 방전율특성 : 138 mAh/g @ 30C
- 수명특성 : 96% @ 1,000 cycle
고용량 저결정탄소/나노탄소 복합체 설계, 합성 및 특성 평가 (정량적 목표 달성)
- 방전비용량 : 374 mAh/g @ 0.1 A/g
- 방전율특성 : 164 mAh/g @ 5 A/g
- 수명특성 : 91.4% @ 1,000 cycle
4) 한밭대학교
고출력 및 고에너지형 슈퍼커패시터용 전해질 조성물 개발
- 이온전도도 @ 25℃ : 2.0x10^-2 S/cm
- 전위창 : 4.50 V
- 다양한 유기전해질 조성물의 이온전도도 향상 및 전위창 확장 연구
- 유기전해질 조성물:
1 M LiPF₆/(ethylenecarbonate/dimethylcarbonate=vol 1:1)
- 나노염 입자 제조기술 개발:
Zwitterionic lithium-silica sulfobetaine silane(Li-SiSB)
5) 캡솔루션
Pouch Type 하이브리드 슈퍼커패시터 Full Cell 제작 기술
- 에너지 밀도 : 111 Wh/kg
- 출력 밀도 : 21 kW/kg
- 싸이클 용량 유지율 : 100% @ 1000 cycle
- 슈퍼커패시터 수명 : 5만회 거동
- 슈퍼커패시터 용량 : 5,724 F
6) 알로스
초고용량 커패시터용 유기계 전해질 개발
- 새로운 양쪽성 염인 zwitterionic lithium-benzotriazole sulfobetaine 합성 기술개발
- 이온전도도 @ 25℃ : 2.0x10^-2 S/cm
- 전위창 : 4.50 V
- 실리콘 고분자계 전해질 첨가제 개발
◆ OLED
1) 경희대학교
- Blue 소재 소자 효율 : 12 cd/A @ 1000 nit
- Blue 발광 소재의 PLQY : 60%
- Blue 발광 소재의 내열온도 : 400℃
- 청색 광원 색좌표 변화 (CIE x, y 각각) : ± 0.03
- 청색 광원 휘도 균일도 : 10 %/cm²
2) 성균관대학교
- 백색 광원 전력 효율 : 70 lm/W @ 1000 nit
- 백색 광원 소자 수명 : 8K @ 1000 nit
- 백색 광원 연색 지수 : 80
- 용액 공정 코팅막 균일도 : 3 nm 이하
- 용액 공정 소재 용해도 : 10 mg/ml 이상
- 증착 공정 대비 용액 공정 발광효율 비율 : 80%
3) 덕산네오룩스
- 정공수송층 이동도 : 10^-4 cm²/Vs
- T1 에너지 레벨 : > 2.6 eV
- 박막단차변화 : < 5%
4) 머티어리얼 사이언스
- 발광 blue dopant 소자 효율 : 12 cd/A @ 1000 nit
- 발광 blue dopant의 PLQY : 80%
- 발광 blue dopant의 내열온도 : 370℃
- 청색 광원 색좌표 변화 (CIE x, y 각각) : ± 0.03
- 청색 광원 휘도 균일도 : 10 %/cm²
5) 지엘비전
- 백색광원 소자 수명 개선법 연구
- 시생산을 위한 파일럿 스케일업 기술 및 공정 연구
6) 율촌화학
- Blue, yellow 단위 소재 발광특성 평가
- 시생산을 위한 파일러 스케일업 기술 및 공정 연구
7) 알로스
- 용액 공정용 발광 yellow 소재 소자 효율 : 60 cd/A @ 1000 nit
- 백색 광원 전력 효율 : 60 lm/W @ 1000 nit
- 백색 광원 소자 수명 : 7K @ 1000 nit
- 백색 광원 연색 지수 : 68
- 백색 광원 색좌표 변화 (CIE x, y 각각) : ± 0.03
- 백색 광원 휘도 균일도 : 10 %/cm²

□ 기술개발 배경
◆ 슈퍼커패시터
○ 일반적으로 시중에서 볼 수 있는 전기이중층 방식의 슈퍼커패시터(EDLC)는 일반 커패시터에 비해서 축전용량이나 에너지밀도가 우수함. 하지만 이차전지에 비해서 작동전압이 낮고 이로 인해 에너지밀도가 낮기 때문에 응용범위에 제약이 심하다는 문제가 있음.
○ 하이브리드형 슈퍼커패시터는 기존의 슈퍼커패시터와 비슷한 출력 밀도를 지니면서 작동전압을 크게 향상시킬 수 있으며 다른 이차전지와 달리 전극의 표면에서 이온의 흡탈착과 산화 환원반응으로 충방전을 하므로 전극의 부피증가가 적고 안정적이라는 장점이 있음. 따라서 상업적으로 가장 적합한 리튬 이온 커패시터와 같은 차세대 하이브리드형 커패시터 개발이 핵심적으로 요구됨.
○ 슈퍼커패시터는 고출력의 특성을 가지고 있나, 낮은 에너지 밀도로 인하여 적용 분야에 한정을 받고 있음. 에너지 밀도를 향상을 통하여 기존에 리튬이차전지로만 적용되었던 전기자동차나 드론 시장에 진입이 가능함.
○ 하이브리드 커패시터는 기존 슈퍼커패시터와 고출력/장수명 특성과 리튬이온전지의 고에너지 밀도 특성을 셀 차원에서 구현하도록 기존 슈퍼커패시터와 리튬이온전지를 복합화 하는 개념의 전기에너지저장 장치임. 이를 위해서는 리튬이온전지의 전극 소재를 기반으로 고용량 특성을 유지하며 고율충방전 특성과 장수명을 발현하도록 전극소재의 나노화, 전극소재 표면 개질, 고전기전도도 나노탄소 복합화에 대한 연구가 필요함. 본 연구에서는 Li₄Ti₅O₁₂를 기반으로 소재의 나노화, 전극소재 표면 개질, 고전기전도도 나노탄소 복합화를 통해 고율층방전 특성 Li₄Ti₅O₁₂/나노탄소 복합소재 설계, 합성 및 특성 평가에 대해 연구함. 또한, 하이브리드 커패시터용 음극소재의 용량 향상을 위하여 고용량 저결정탄소/나노탄소 복합체 설계, 합성 및 특성 평가에 대해 연구함.
○ 고출력 및 고에너지형 슈퍼커패시터를 실현시킬 수 있는 높은 이온전도도 및 넓은 전위창 특성을 갖는 전해질 개발이 요구됨.
◆ OLED
○ OLED (Organic Light Emitting Diodes)는 다층의 유기물 박막이 양극과 음극 사이에 구성된 발광 소자로서 자체발광 특성을 가지고 응용 분야로는 디스플레이 소자, 조명 소자로 개발이 진행되고 있음. OLED 소자의 기본 구성은 두 개의 전극 사이에 정공주입층, 정공전달층, 발광층, 전자전달층, 전자주입층으로 구성되어 정공과 전자가 발광층에서 재결합하여 발광을 하게 됨.
○ OLED 조명 소자는 기존의 광원과 달리 면 발광 특성을 가지고 있으며 에너지 절감 효과가 우수하고 대면적, 경량, 박형의 특징을 가진 친환경적인 조명으로 기존의 형광등, 백열등을 대체 할 경우 70~90%의 전력 절감 효과를 가져 올 수 있음.
○ OLED 조명은 친환경 유기 소재를 이용하고 가벼우면서 얇은 대면적인 조명 제조가 가능하기 때문에 에너지 소비가 적으면서도 높은 전력 효율, 높은 연색성을 갖는 투명 및 플렉서블 형태로 제조가 가능한 신개념 면 조명임. 특히, 세계 전력 소모의 19%에 달하는 조명 전력의 고효율화 및 친환경화에 대한 사회적 요구에 부응할 수 있으며 조명의 30%를 OLED로 대체 시, CO2 6%의 절감 효과가 기대됨.
○ 최근 에너지 절감 및 친환경의 이슈로 인해 LED 조명이외에 OLED를 사용한 조명 개발에 연구가 학계, 연구계 및 기업에서 주목을 받기 시작함. 현재 조명용 OLED는 건식 증착 방식으로 LG화학을 비롯한 국내 기업에서 상용화를 준비하고 있으나 가격과 제품의 다양성면에서 부분적인 한계가 있으므로 궁극적으로는 용액공정 방식에 의한 OLED 조명 기술 개발 필요함. OLED 조명은 녹색성장산업으로 주목받고 있는 바, 핵심 소재의 원천기술 확보가 절실하며 OLED 조명에 필요한 핵심소재 및 기술의 경우 태양광, LED, 디스플레이 산업 등에도 주요하게 응용 될 수 있음.

□ 핵심개발 기술의 의의
◆ 슈퍼커패시터
○ 출력특성을 유지하고 에너지 밀도를 향상시키는 전극의 설계 및 제작
○ 고용량, 고출력 하이브리드 커패시터용 양극 소재 합성 기술 확보
○ 하이브리드 커패시터용 음극소재로 Li₄Ti₅O₁₂와 저결정탄소를 기반으로 소재의 형상/크기 제어, 전극소재 표면 개질, 고전기전도도 나노탄소 복합화를 통해 고율층방전 특성 Li₄Ti₅O₁₂/나노탄소 복합소재와 고 용량 저결정탄소/나노탄소 복합체의 설계, 합성 공정 확보
○ 고용량 하이브리드 슈퍼커패시터에 적용이 가능한 전해질 조성물 제조기술 확보
○ 용액공정을 이용한 고용량 하이브리드 슈퍼커패시터 설계 기술 및 슈퍼커패시터 양산 공정 기술의 확보
◆ OLED
○ 하이브리드 증착 공정을 위한 blue host 및 dopant 합성 및 분자 디자인 기술 개발 확보
○ 하이브리드 용액 공정을 위한 yellow 잉크 소재 및 소자 기술 개발 확보
○ 하이브리드 증착 및 용액 공정을 위한 정공수송층 재료 합성 및 분자 디자인 개술 개발 확보
○ 용액공정을 이용한 하이브리드 소자 설계 기술 및 양산 공정 기술의 확보

□ 적용 분야
◆ 슈퍼커패시터
○ 고출력 고에너지형 전지
○ 보조 전원
○ 각종 전원장치, 전력시스템 및 군사용 시스템에 유리하며 선진 국방을 위한 고성능 무기개발과 고부가가치의 무기산업 무역화가 가능한 핵심기기에 적용
○ 건설기계 및 전기자동차, 스마트 그리드 등 중대형 응용분야로 발전 가능
○ 리튬이차전지의 보조 전원, 더 나아가서는 메인 전원으로의 대체 제품
◆ OLED
○ 각종 잉크 프린팅 방식이 필요한 산업
○ OLED 조명 산업

(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록 8p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 최종보고서 초록 ... 5
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 20
• 목차 ... 43
• 제 1 장 서론 ... 44
• 제 1 절 과제의 개요 ... 44
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 50
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 50
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 53
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 60
• 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 71
• 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 71
• 제 3 장 결과 ... 73
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 73
• - 연구개발 추진 일정 ... 73
• - 연구개발 추진 실적 ... 82
• - 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재 ... 113
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 199
• 1. 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 199
• 제3절 고용 창출 효과 ... 205
• 제4절 자체보안관리진단표 ... 207
• 제4장 사업화 계획 ... 208
• 제1절 시장 현황 및 전망 ... 208
• 제2절 사업화 계획 ... 210
• 제3절 향후 추가 기술 개발 계획 ... 215
• 부록 ... 217
• 끝페이지 ... 346