초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 현재 성능 면에서 성숙되어 있는 리튬 이온전지에서 근래에 상용화 가능한 음극재로 예상되고 있는 리튬 금속에 대한 신뢰성 확보를 위한 계면 연구를 시작으로 궁극적으로 비리튬 전지 중 다가 이온 전지(multivalent ion secondary batteries)에 대한 연구를 진행하여 차세대 전지에 대한 기초 연구 단계를 완성하고자함.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 리튬 금속 음극의 적용을 위하여 다양한 성질의 물질을 적용하여 중간층에 대한 연구를 진행하였으며 리튬 금속 음극과 전해질

□ 연구개요
본 연구는 현재 성능 면에서 성숙되어 있는 리튬 이온전지에서 근래에 상용화 가능한 음극재로 예상되고 있는 리튬 금속에 대한 신뢰성 확보를 위한 계면 연구를 시작으로 궁극적으로 비리튬 전지 중 다가 이온 전지(multivalent ion secondary batteries)에 대한 연구를 진행하여 차세대 전지에 대한 기초 연구 단계를 완성하고자함.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 리튬 금속 음극의 적용을 위하여 다양한 성질의 물질을 적용하여 중간층에 대한 연구를 진행하였으며 리튬 금속 음극과 전해질 계면을 제어 할 수 있는 가장 효율적인 중간층의 조건을 정의하였음.
- 리튬 금속 음극의 중간층으로써 결정질 탄소 (그래핀)을 적용하였을 때 공액 구조의 탄소의 이중결합이 안정적인 SEI layer 성분인 LiF가 유도됨을 세계 최초로 밝혀 내어 적용 하였으며 탄소 이중결합을 이용하여 LiF가 유도되는 원리를 SEI layer 성분 분석을 통하여 제시하였음.
- 상기의 결과를 COMSOL multiphysics 전산모사를 통해 규명하였으며, 전기장에 따른 Li ion flux 평가 시스템을 확립하였음.
- 산화물계 무기물의 oxygen vacancy와 이온전도도에 대한 상관관계를 밝히며, 유무기 복합전해질을 개발하였음. 제시한 복합전해질의 이온전도 매커니즘을 COMSOL 전산모사를 통해 규명하였으며, 이를 이용하여 리튬이온 전지를 전고체상으로 구현하여 우수한 사이클 안정성을 달성하였음.
- 다가 이온 전지의 전해질로써 수계전해질에 고분자, 무기물을 적용한 알루미늄 이온 conducting 복합 전해질을 제시하였음.
- 제시된 전해질은 기존의 수계전해질과 유사한 이온전도도를 보이며, 넓은 전기화학적 안정창을 관찰할 수 있었으며 이를 적용한 알루미늄 이온전지는 높은 작동전 위와 용량을 달성하였음.
- AAO를 이용하여 분리막-전극 일체형 전지를 세계 최초로 제시하였으며, 이 전지는 기존의 GF 분리막에 비해 낮은 overpotential, 우수한 수명 특성을 보임을 확인하였음.
- 전극/전해질 계면에서 일어나는 전기화학 반응을 소재 관점에서는 DFT 계산을 통하여, bulk 영역의 이온 거동은 COMSOL multiphysics를 통하여 규명하였으며, 이를 전체적인 관점에서 battery 거동을 해석하고 성능을 향상시킬 수 있는 방법으로 제시하였음.
- 상기와 같은 과정을 통하여 연구 목표 대비 100%의 달성률을 보였음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 예상되는 연구 개발 성과의 활용 분야는 이차 전지 전분야를 포함하며, 특히 리튬금속 전지 상용화에 대한 유의미한 결과를 다수 도출 하였고 다가 이온 전지의 가능성을 제시하였기 때문에 차세대 이차전지 분야에 적용할 수 있음.
- 특히 본 과제 개발 내용 중 하나인 탄소를 리튬 금속 음극에 적용하는 연구의 경우 리튬 금속 음극에 직접적으로 중간층을 적용하는 것이 아니라 분리막에 적용하는 방법을 택하였기 때문에 급속 충전 특성 개선 및 안정성 확보를 위한 분리막으로 응용할 수 있음.
- 기술 이전 방법은 주관기업과의 국책 과제를 통한 공동 개발, 특허 실시권 이전을 이용하여 상업화 계획임. (진행중)

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 리튬 금속에 대한 신뢰성 확보 계면 연구 ... 4
• 나. 다가이온전지 개발 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 가. 리튬 금속에 대한 신뢰성 확보 계면 연구 ... 5
• 나. 다가이온전지 개발 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 15
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 15
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 가. 학문적 측면 ... 17
• 나. 기술적 측면 ... 17
• 다. 인력양성 측면 ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 참고문헌 ... 19
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 21
• 끝페이지 ... 36