초록 ▼

□ 연구개요
○ 본 연구에서 충방전이 가능한 이차전지형태의 에너지 저장디바이스에 사용될 전극 소재 개발을 위해 전기화학적 촉매 역할을 수반하는 전이금속 기반 유기 프레임워크(MOF) 소재물질을 설계, 합성하고 입자 이온빔 기술을 활용하여 전극 소재 표면 개질을 유발하여 MOF표면에서 일어나는 전기화학적 특성을 연구하는 새로운 차세대 전극소재 개발에 기여할 수 있는 기초과학적 원리를 규명하는 연구과제임.
○ 방사선 기술을 활용하여 원자형태의 금속 이온을 반응 활성부위를 가진 MOF기반 전극 기공 구조에 금속이온을 표면 내부

□ 연구개요
○ 본 연구에서 충방전이 가능한 이차전지형태의 에너지 저장디바이스에 사용될 전극 소재 개발을 위해 전기화학적 촉매 역할을 수반하는 전이금속 기반 유기 프레임워크(MOF) 소재물질을 설계, 합성하고 입자 이온빔 기술을 활용하여 전극 소재 표면 개질을 유발하여 MOF표면에서 일어나는 전기화학적 특성을 연구하는 새로운 차세대 전극소재 개발에 기여할 수 있는 기초과학적 원리를 규명하는 연구과제임.
○ 방사선 기술을 활용하여 원자형태의 금속 이온을 반응 활성부위를 가진 MOF기반 전극 기공 구조에 금속이온을 표면 내부로 주입하여 전지 충방전 특성 향상에 필요한 전기화학적 촉매거동 개선을 기대할 수 있음.
○ 최적화된 촉매기능를 가진 복합체 형태의 유기금속 구조에 기반한 전극소재를 본 연구를 통하여 개발하여 이차전지 및 다양한 전기화학적 에너지 저장디바이스에 응용되는 부품소재의 기초특성 규명 연구를 수행함.

□ 연구 목표대비 연구결과
○ 1차년도: 2D layered 에너지 저장용 MOF 물질의 유전율 변화유도 및 전도도 향상 구조 합성
- 전극 소재용 Metal-Organic Framework (MOF) 다공성 구조체 합성
- 최적화된 기공사이즈의 Ni, Co 와 Fe 기반의 MOF 샘플의 설계와 합성
○ 2차년도: 입자 이온빔 조사 MOF 물질 구조특성 변화 규명
- 입자 이온빔 조사 2D layered MOF 물질 제조
- 양극 및 음극용 전극 소재 입자 이온빔 조사 (양극용 : Ni, Co, 음극용 : Fe or Ti)
- 2D layed MOF 물질 기초 물성 평가
- 구조 특이성 변화 관찰
- 전기화학적 특성 분석
○ 3차년도: 빔조사 MOF 전극소재 에너지 저장 성능향상 평가
- Cell 제조 및 전지 특성 평가
- 2D layered MOF 전극 기반 슈퍼커페시터 제조 (Ni, Co 기반 양극재, Fe 기반 음극재)
- < 200 F/g 정도 구현
- 에너지밀도는 ~ 120 Wh/kg
- 충방전 특성 10,000 cycle 구현

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
본 과제는 리튬 공급원의 비용과 희소성을 해소하는 대체 에너지 저장 소재 개발이 요구되는 현시점에서 다음과 같은 부분을 기대할 수 있음.
○ 활용계획:
- 기존 전지성능의 고밀도 특성을 향상시켜 하이브리드 슈퍼커패시터 및 배터리와 같은 비용 효율적이고 유연한 에너지 저장 장치에 적용
- 개발된 MOF의 기공 크기의 조절을 통해 다양한 양이온이 도입된 맞춤형 MOF를 사용하여 Li⁺, Na⁺ 및 K⁺ 이온 배터리를 제조에 적용.
- 우수한 출력 및 에너지 밀도와 긴 주기적 안정성을 가진 경제적 가치가 높은 하이브리드 슈퍼커패시터 및 배터리 생산에 기여
- 고성능의 대용량 3원계 전지 제조기술로 응용시 충방전 특성이 향9 된 고성능 에너지저장 장치제작에 적용가능.
- 유기금속구조 (MOF)와 이온빔 조사 기술의 도입을 통해 저비용, 효율적인 슈퍼커패시터 및 배터리 제조기술 제시.
○ 기대효과:
- 전기화학적 특성이 우수한 신개념의 입자이온빔이 주입된 MOF 구조의 물리적, 화학적 조절기법 원천기술확보.
- 탄소 저감기술로 주목받는 전기 자동차의 경우 입자이온빔을 활용한 기술은 원료물질의 사용을 적게 할 수 있음으로 탄소 중립 기술 저변 확대에도 기여.

(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
• 1) 1차년도 연구개발성과 ... 6
• 2) 2차년도 연구개발성과 ... 9
• 3) 3차년도 연구개발성과 ... 12
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 14
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 14
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 3) 목표 달성 수준 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 15
• 1) 과학적 측면 ... 15
• 2) 산업적 경제적측면 ... 16
• 3) 사회적 측면 ... 16
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 자체점검표 ... 16
• 7. 참고문헌 ... 17
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 18
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 21
• 끝페이지 ... 31