초록 ▼

□ 연구개요
결정학적 격자 설계 개념을 이용하여 새로운 골격(framework) 구조의 금속산화물을 합성하고 그 골격구조 사이에 리튬, 소듐, 또는 수소 이온을 위치시켜, 차세대 에너지 저장/변환 장치의 고체전해질 역할을 할 수 있는 빠른 이온 전도성(fast-ionic conducting) 원천소재를 개발하고자 한다. 현재까지 알려진 다양한 화합믈의 구조적 특징을 다면체 조합 관점에서 면밀히 검토하고, 이로부터 도출된 격자설계 방법을 이용하여 신조성·신구조 화합물을 유도한다. 합성된 화합물의 결정구조를 방사광 X-선 및 중성

□ 연구개요
결정학적 격자 설계 개념을 이용하여 새로운 골격(framework) 구조의 금속산화물을 합성하고 그 골격구조 사이에 리튬, 소듐, 또는 수소 이온을 위치시켜, 차세대 에너지 저장/변환 장치의 고체전해질 역할을 할 수 있는 빠른 이온 전도성(fast-ionic conducting) 원천소재를 개발하고자 한다. 현재까지 알려진 다양한 화합믈의 구조적 특징을 다면체 조합 관점에서 면밀히 검토하고, 이로부터 도출된 격자설계 방법을 이용하여 신조성·신구조 화합물을 유도한다. 합성된 화합물의 결정구조를 방사광 X-선 및 중성자 회절법을 이용하여 정밀히 분석하여 물질의 이온 전도 성질과 구조적 특성과의 상관관계를 도출하여 향후 물질설계에 대한 원천 지식으로 활용하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
이 연구에서는 고체 산화물 구조의 구성단위인 팔면체와 사면체의 상대적인 존재비를 변화시켜 몇가지 새로운 골격구조의 화합물을 합성하고 그 결정구조를 방사광 X-선 및 중성자 회절법을 이용하여 분석하였다. 골격 사이에 존재하는 리튬 이온은 산소이온과 비교적 약한 이온 결합을 하고 있기 때문에 소듐 또는 수소이온으로 교환이 가능함을 확인했다. 이러한 이온교환 반응을 통해 LiTa₂PO₈로부터 NaTa₂PO₈ 와 HTa₂PO₈ 등의 화합물을 유도했으며, 상 안정성과 상전이 과정을 체계적으로 고찰했다. 산화물계에서의 이온전도 현상에 대한 이해를 위하여 결정구조 뿐 만 아니라 나노스케일 영역의 계면구조 변화가 이온전도도에 미치는 영향도 조사했다. 연구 결과를 국제학술지에 1편 게재했으며 2편은 투고, 심사 중이다. 국내학술대회발표 11건, 국제학술대회발표 2건, 초청강연 1건의 실적이 있으며, 관련 연구 주제로 3명의 대학원생이 석사학위를 취득했다. 연구결과의 우수성을 인정받아 Asia-Oceanian Conference on Neutron Scattering, 한일 세라믹스 (JK-Ceramics 36), (사)한국전지학회, 한국결정학회에서 우수 포스터상을 수상했다. 이 연구를 통해 신조성 산화물합성의 개념을 발전시킬 수 있었으며, 분말 X-선 회적 분석 기술 수준을 향상시킬 수 있었다. 연구에서 합성한 믈질들은 이차전지 또는 고체수소이온 전해질 연료전지 소재로 응용할 가능성이 있으며 향후 전고상 전지(all solid state battery) 또는 새로운 유형의 연료전지 구현에 필요한 원천기술이 될 것이다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구에서 다룬 이온전도성 고체 화합물은 리튬 이온 이차전지의 안정성 향상에 기여할 수 있다. 고체 전해질은 차세대 전지를 위한 것으로서 비정질 재료 중심으로 마이크로 박막 전지 등 극히 제한적인 용도로 개발되어 있다. 결정성 리튬이온 전도체에 대한 연구는 세계적으로 기초적인 수준에서 이루어지고 있는 만큼 향후 원천 기술 획득에 절대적으로 유리한 분야이고, 산학협동을 통한 상용화 연구로 이어져서 전지 분야 국내 기업의 경쟁력을 제고시킬 수 있다. 이 연구에서 얻은 신물질들은 기존의 유기 액체 또는 고분자와 비교하여 열적 화학적 안정성이 매우 뛰어났으며, 도출된 결정구조-물성 관계는 이차전지, 화학센서 등 다양한 분야의 소재 설계에 필요한 기초를 제공할 것이다. 이러한 연구가 축적되면 차세대 이차전지 개발 경쟁에서 기술적 우위 선점이 가능할 것으로 기대된다. 나아가 미래 재료화학분야의 인재 양성에 큰 기여를 할 수 있을 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 10
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 11
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 참고문헌 ... 12
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 15
• 끝페이지 ... 18