초록 ▼

□ 연구개요
본 연구과제에서는 인가 압력 및 온도 조절이 가능한 셀 시스템을 구축하여 리튬금속 전극과 고체전해질 간의 계면 형상, 기계적 특성 및 전기화학적 특성을 연구한다. 충방전 동안 리튬금속 전극과 고체 전해질 간의 계면에서 일어나는 미세구조 및 형상 변화와 전기화학 거동을 분석하여, 계면 안정성을 유지할 수 있는 셀 구동 ‘압력-온도-전류밀도(P-T-J)’에 대한 임계 조건을 도출하고자 한다. 더 나아가 리튬금속과 고체전해질 소재에 대한 개질 연구를 통해 미세구조 및 기계적 특성을 개선하여 임계 조건보다 낮은 압력/온도

□ 연구개요
본 연구과제에서는 인가 압력 및 온도 조절이 가능한 셀 시스템을 구축하여 리튬금속 전극과 고체전해질 간의 계면 형상, 기계적 특성 및 전기화학적 특성을 연구한다. 충방전 동안 리튬금속 전극과 고체 전해질 간의 계면에서 일어나는 미세구조 및 형상 변화와 전기화학 거동을 분석하여, 계면 안정성을 유지할 수 있는 셀 구동 ‘압력-온도-전류밀도(P-T-J)’에 대한 임계 조건을 도출하고자 한다. 더 나아가 리튬금속과 고체전해질 소재에 대한 개질 연구를 통해 미세구조 및 기계적 특성을 개선하여 임계 조건보다 낮은 압력/온도 조건에서도 충방전 동안 리튬금속/고체전해질 계면이 안정화될 수 있는 계면 제어 및 향상 기술을 개발한다. 이를 바탕으로 리튬금속 기반의 전고체전지용 핵심 기술을 확보하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1) 압력-온도 가변 셀 시스템 구축 및 리튬금속과 고체전해질 물성 확보
- 압력-온도 가변 셀 측정 시스템 구축
- 고체전해질(황화물계) 합성 및 물성 평가
- 고체전해질(황화물계) 전기화학 평가
- 고체전해질(황화물계) 기계적 특성 평가
- 리튬금속/고체전해질 계면 물성 평가
2) 셀 압력-온도와 리튬음극/고체전해질 계면 특성 간의 상관관계 규명
- 셀 압력/온도에 따른 고체전해질(황화물계) 전기화학 특성 평가
- 셀 압력/온도에 따른 리튬음극/고체전해질 물리화학적 특성 평가 및 계면 형상 관찰
- 셀 압력/온도에 따른 리튬음극/고체전해질 계면 저항 분석 (EIS)
- 셀 전류밀도에 따른 리튬음극/고체전해질 계면 특성 평가
- 셀 압력/온도/전류밀도에 따른 대칭셀 (리튬|고체전해질|리튬) 충방전 수명평가
3) 리튬음극 및 고체전해질 개질을 통한 낮은 압력/온도 조건 에서의 셀 특성 향상
- 리튬금속 내 이종원소 도핑 (alloying) 및 기계적/전기화학 특성 평가
- 고체전해질 입자 형상/크기 조절 및 기계적/전기화학 특성 평가
- 셀 압력/온도에 따른 리튬음극/고체전해질 계면 저항 분석 (EIS)
- 셀 압력/온도/전류밀도에 따른 리튬음극/고체전해질 계면 형상 관찰 및 물리화학적 특성 평가

□ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
기존의 액체전해질 기반의 전지 시스템을 통해 고체전극과 액체전해질 계면에 대한 전기화학 거동은 상대적으로 많은 연구가 이루어져 왔으나, 전고체전지용 고체전극과 고체전해질 계면에 대한 연구는 부족한 실정. 본 연구과제에서 도출될 결과는 과학기술 진흥 측면에서 이종소재의 계면에 대한 새롭고, 중요한 정보를 제공할 것으로 기대됨. 특히, 안정적인 리튬금속/고체전해질 계면을 유지할 수 있는 셀 압력, 온도 및 전류밀도 조건을 도출하여 높은 에너지밀도를 가지는 리튬금속 음극 기반의 전고체전지용 핵심 소재 및 셀 설계 기술을 구축할 것으로 예상됨. 차세대 전지로서 각광받는 전고체전지에 대한 본 연구과제의 연구 결과를 바탕으로 전지 분야의 원천기술 확보 및 특허 선점 가능하며, 기존 LIB를 넘어서는 새로운 에너지 솔루션을 제공함으로써 전지산업을 육성하고 미래성장동력 확보 및 국가 경쟁력 제고에 기여할 것으로 전망됨.

(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
• 2-1. 연차별 세부 연구내용 및 목표 ... 5
• 2-2. 연차별 수행 연구내용 및 결과 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 9
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 9
• 3) 목표 달성 수준 ... 9
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 9
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 10
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 10
• 6. 참고문헌 ... 10
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 12
• 끝페이지 ... 15