초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 1) 아연 음극의 부반응을 근본적으로 억제하는 아연 합금체 기술, 2) 결정핵성장 과전압을 낮춰 zinc dendrite의 생성을 억제 3차원 구조체 형성 기술 3) 간간이 생성된 zinc dendrite 및 양극 용출물의 침범을 억제해주는 고분자 전해질을 도입하여 최종적으로 산업용 ESS에 적용이 가능한 자기 방전이 억제된 고효율 수계아연 이차전지를 개발하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
최초 연구 목표, 연구내용 및 결과(목표 100% 달성)
1. 아연 음극의 자기 방전을

□ 연구개요
본 연구에서는 1) 아연 음극의 부반응을 근본적으로 억제하는 아연 합금체 기술, 2) 결정핵성장 과전압을 낮춰 zinc dendrite의 생성을 억제 3차원 구조체 형성 기술 3) 간간이 생성된 zinc dendrite 및 양극 용출물의 침범을 억제해주는 고분자 전해질을 도입하여 최종적으로 산업용 ESS에 적용이 가능한 자기 방전이 억제된 고효율 수계아연 이차전지를 개발하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
최초 연구 목표, 연구내용 및 결과(목표 100% 달성)
1. 아연 음극의 자기 방전을 유발하는 부반응 메커니즘 규명
- 세계 최초로 아연 음극의 표면 친수성 상태가 부반응 및 덴드라이트 형성에 결정적인 영향을 미친다는 메커니즘을 규명
2. 자기 방전 억제용 아연 합금용 원소 선정
- Ni, Mg, Mn을 합금용 원소로 선정하여, Zn의 부반응과 덴드라이트로 인한 수명 저하를 획기적으로 개선함.
3. 3차원 구조의 아연 합금체 음극 개발
- 친환경 천연고분자인 Agarose 이용 전해액 개발 및 Mn과 합금된 아연 합금체, MnO2와 구성된 양극으로 구성된 수계아연이차전지 개발
4. 자기 방전율 1% 이하(SOC 80%, 72시간)
- SOC 80%(240 mAh g^-1)까지 충전을 한 후에 72시간 동안 대기 후 다시 방전하였고 처음 충전 용량과 거의 유사한 수준의 용량(238 mAh g^-1)을 보임. (자기방전율은 0.8%)
5. 300 cycle 후 가역 용량 99% 이상(0.5 C)
- 3D 아연 합금체 음극/고분자전해질/양극으로 구성된 수계아연이차전지는 ESS 운영 조건(0.5C)에서 300 cycle 후 가역 용량 99.5%를 나타내는 것을 확인하였음.
6. 3D 아연 합금체 음극/고분자 전해액/양극이 적용된 산업용 차세대 ESS용 수계아연이차전지 개발
- 친환경 천연고분자인 Agarose 이용 전해액 개발 및 Mn과 합금된 아연 합금체, MnO2와 구성된 양극으로 구성된 수계아연이차전지 개발

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
□ 기술적 측면
- 종래의 합금체 제조 기술을 차세대 이차전지의 자기 방전 억제 및 고효율화의 방법으로 응용처 확장
- 합금체 음극 기술을 통한 수계아연이차전지 자가방전 억제 및 고효율화를 위한 원천기술 확보
- 기존에 시도된 적 없었던 산업용 ESS의 실제 운영 조건에 적합한 수계아연이차전지 시스템 제시
□ 경제ㆍ산업적 측면
- 본 기술의 개발을 통해 현재 안전의 문제점을 나타내고 있는 리튬이차전지기반 ESS시장(2020년세계시장규모 5조원 예상)을 대체할 수 있는 기술을 선점할 수 있는 기회 확보
- 재생에너지의 효율적인 사용에 필수적인 안전한 ESS를 위한 원천기술 확보

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 최종목표 ... 4
• 나. 연구 필요성 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 가. 1차년도 ... 4
• 나. 2차년도 ... 7
• 다. 3차년도 ... 9
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 13
• 7. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 36