초록 ▼

□ 연구개요
- 전원 시스템에서의 에너지 저장장치는 10년 이상의 장수명과 다양한 입/출력 변동에 대한 안정성 및 신뢰성이 요구되고 있으나, 전기적 에너지를 화학적 에너지로 저장하는 배터리는 재충전될 수 있는 회수가 제한되어 있고, 잦은 충/방전과 불규칙한 출력 변동에 의해 열화가 가속이 되므로 자주 교환해야 하는 큰 결점을 가지고 있음.
- 이러한 단점을 극복하고 효율적 에너지 사용 및 전력 품질 안정화를 위한 방법으로 배터리처럼 산화/환원 반응을 통해 에너지를 저장하는 음극물질과 슈퍼커패시터와 같이 전기이중층에 전하를

□ 연구개요
- 전원 시스템에서의 에너지 저장장치는 10년 이상의 장수명과 다양한 입/출력 변동에 대한 안정성 및 신뢰성이 요구되고 있으나, 전기적 에너지를 화학적 에너지로 저장하는 배터리는 재충전될 수 있는 회수가 제한되어 있고, 잦은 충/방전과 불규칙한 출력 변동에 의해 열화가 가속이 되므로 자주 교환해야 하는 큰 결점을 가지고 있음.
- 이러한 단점을 극복하고 효율적 에너지 사용 및 전력 품질 안정화를 위한 방법으로 배터리처럼 산화/환원 반응을 통해 에너지를 저장하는 음극물질과 슈퍼커패시터와 같이 전기이중층에 전하를 모으는 양극물질을 사용한 하이브리드 슈퍼커패시터를 개발하여 시스템 체적감소, 우수한 경제성을 얻고자 함.
- 본 과제에서는 하이브리드 슈퍼커패시터의 용량을 향상시키기 위하여 기존의 음극활물질인 활성탄 대비 5배 이상의 용량을 구현 가능한 Li4Ti5O12/그래핀 나노복합체를 개발하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
펀칭 구조를 갖는 LTO를 통해 57F/g의 높은 비용량과 14,000 사이클의 매우 장기간 사이클 이후에도 99%를 유지했을 뿐만 아니라, 4A/g의 높은 속도에서도 90.6%의 율 특성을 보였음. 또한 고온 및 저온 특성, 에너지 밀도와 출력 밀도의 향상으로 이어졌는데, 이는 I) 효과적인 접촉 면적의 증가, ii) 효율적인 전해질 침윤, iii) 불화수소로부터 공격의 효과적인 분산으로부터 기인함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 그래핀과 산화물이 복합된 나노 복합소재를 기반으로 하는‘Battery-like capacitor 개념의 고품위 에너지 저장장치’기술은 선진국에서도 기술개발 역사가 길지 않아 선진국과 나란히 원천/응용 기술을 개발할 수 있는 단계임.
- 일본기업에 의해 주도되고 있는 리튬계전이금속 산화물을 국내기술로 대체함으로서 연간 500억원 이상의 대체효과가 예상됨.
- 하이브리드 슈퍼커패시터의 시장을 선점하고 있는 국내 및 해외 기업이 없는 현재 시점에서 슈퍼커패시터가 차지하는 약 3000억 시장의 대체가 가능하며, 리튬이차전지 활용분야 및 신규 시장 창출을 통해 시장 선점 및 고용창출 효과가큼 [10,11]

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. Li4Ti5O12(Lithium titanate, LTO)의 특성 ... 4
• 나. 수정된 Hummers 방법에 의한 그래핀 옥사이드 제조기술 개발 ... 5
• 다. 그래핀 위에 담지된 Li4Ti5O12 나노입자 개발 ... 6
• 라. 그래핀으로 감싼 Li4Ti5O12 나노구 (nanosphere) 개발 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 14
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 14
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 3) 목표 달성 수준 ... 14
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 15
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 자체점검표 ... 16
• 7. 참고문헌 ... 16
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 18
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 20
• 끝페이지 ... 36