초록 ▼

□ 연구개요
전고상 리튬-공기 배터리용 고전도성 내부 층-고이온농도 외부 층 이중구조 복합 양극재 개발
■ 차세대 전고상(All-solid-state) 에너지 저장소자 구현을 위한 복합 양극재 합성 기술 연구.
■ Co-axial 전기방사법을 활용하여 높은 전기전도성을 갖는 내부 층과 높은 이온전도성을 갖는 외부 층을 갖는 복합 양극재 합성 기술 개발.
■ 합성된 복합 양극재를 적용한 초기용량 5000 mAh g^-1, 110 사이클 이상의 장수명을 갖는 전고상 리튬-공기 배터리 개발.

□ 연구개요
전고상 리튬-공기 배터리용 고전도성 내부 층-고이온농도 외부 층 이중구조 복합 양극재 개발
■ 차세대 전고상(All-solid-state) 에너지 저장소자 구현을 위한 복합 양극재 합성 기술 연구.
■ Co-axial 전기방사법을 활용하여 높은 전기전도성을 갖는 내부 층과 높은 이온전도성을 갖는 외부 층을 갖는 복합 양극재 합성 기술 개발.
■ 합성된 복합 양극재를 적용한 초기용량 5000 mAh g^-1, 110 사이클 이상의 장수명을 갖는 전고상 리튬-공기 배터리 개발.

□ 연구 목표대비 연구결과
1. 복합 양극재 구조 구현을 위한 co-axial 이중 전기방사 공정 제어 연구
■ 전기방사 공정 최적화를 통한 bead-free fiber 구현.
Bead-free fiber를 구현하기 위해, 내/외부 층의 고분자 용액의 물성과 전기방사 공정의 파라미터를 제어함. 이에 따라 첨가제가 포함되지 않은 기본적인 fiber(1차년도)와 첨가제가 포함된 bead-free한 형태의 fiber(2차년도)를 얻었음. 이 때 내부층의 첨가제는 전도성 탄소재로써 전기전도성을 향상하기 위해 사용되었으며, 외부층의 첨가제는 fiber의 결정성을 낮춰 이온전도성을 개선하기 위해 사용됨.
■ 높은 effective area를 갖는 복합 양극재 합성.
합성된 bead-free fiber를 TEM 분석하여, 내/외부 층의 지름 길이를 확인함. 이를 통해 합성된 bead-free fiber가 단위 길이 당 477 nm² 이상의 넓은 effective area를 갖는 것을 확인함.
2. 복합 양극재가 적용된 전고상 리튬-공기 배터리 조립 및 전기화학 성능 평가
■ 5000 mAh g^-1 이상의 초기 방전 용량 구현 (약 6300 mAh g^-1 달성)
복합 양극재가 넓은 contact area를 가짐으로써 리튬이온의 이동성이 향상되었고, 계면 저항이 감소함. 이를 통해 초기 방전용량이 향상된 것을 확인함.
■ 110 사이클 이상의 장수명 특성 (128 사이클 유지)
넓은 contact area를 갖는 양극재와 첨가된 전도성 탄소재를 통해서 전자 전도성을 증가시킴. 이를 통해 방전생성물의 분해 효율이 개선되었으며, 수명 특성 또한 향상됨.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
■ 본 연구에서는 이중 전기방사 시스템을 설계 및 적용하여 기존의 코팅 합성법 대비 큰 경쟁력을 갖는 복합 양극소재 합성 기술을 확보함.
■ 고전도성 내부 층-고이온농도 외부 층 이중구조 복합 양극재를 구현하여 전고상 배터리 상용화를 위한 핵심 과제 중 하나인 계면에서의 point contact 문제를 해결할 수 있는 새로운 방향성을 제시함.
■ 전고상 배터리의 원천기술을 확보함과 더불어 해당 기술 개발 경험을 계면 특성이 중요한 다양한 에너지 소재에 적용함으로써 미래 에너지 기술 선점의 기반이 될 것으로 기대됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 1) 1차년도 ... 4
• 2) 2차년도 ... 8
• 3) 3차년도 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 16
• 끝페이지 ... 28