초록 ▼

연구개요
본 연구에서는 1) 나트륨 이차전지 양극 층상 구조 소재에서 충/ 방전 중 발생하는 열화 현상 메커니즘 (구조 변화, 가스 발생 등)을 규명하는 연구를 수행하고 2) 이를 토대로 열화를 방지할 수 있는 양이온 도펀트 (Dopant) 및 코팅 (Coating) 물질 선정을 계산 과학 (DFT)과 머신러닝을 통해 수행하여, 고 안정성 나트륨 기반 양극 소재를 개발하고자 한다. 각 연도별 목표는 다음과 같다.

연구 목표대비 연구결과
각 연도별 목표를 달성하였고, 각 내용에 대한 논문을 출판완료하였음. 연도

연구개요
본 연구에서는 1) 나트륨 이차전지 양극 층상 구조 소재에서 충/ 방전 중 발생하는 열화 현상 메커니즘 (구조 변화, 가스 발생 등)을 규명하는 연구를 수행하고 2) 이를 토대로 열화를 방지할 수 있는 양이온 도펀트 (Dopant) 및 코팅 (Coating) 물질 선정을 계산 과학 (DFT)과 머신러닝을 통해 수행하여, 고 안정성 나트륨 기반 양극 소재를 개발하고자 한다. 각 연도별 목표는 다음과 같다.

연구 목표대비 연구결과
각 연도별 목표를 달성하였고, 각 내용에 대한 논문을 출판완료하였음. 연도별 세부 목표 및 연구결과요약은 아래와 같음
-1차년도: 나트륨 이차전지 양극 층상 구조 열화 메커니즘 이해
1) 충/ 방전 중 크기가 변하는 구조에 따른 원인
2) 비 가역적 구조 변형 인자 탐색
3) 전지 용량 기여 원인 규명 및 산소발생 가능성 예측
-2차년도: Dopant 역할 규명 및 Screening
1) Dopant 역할 규명 물질제안, Database 구축
2) Dopant 물질 제안
-3차년도: 가스 발생 저감 가능 코팅 소재 설계
1) 구조 에너지 Database 구축
2) 예측 정확도 향상 및 온도효과 추가

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
본 연구의 목표는 차세대 이차전지 양극 소재로 각광받고 있는 나트륨 기반 층상 소재의 여러열화 원인을 규명하고, 이를 극복 가능한 Dopant 및 Coating 소재를 제안하고 수명, 고 안정성 양극 소재를 설계하는 것이다.
열화 원인은 다양한 분석을 통해 현상학적으로 알려져 있지만, 본 연구에서 진행하는 계산과학 접근법을 통해 각 충/방전 상태 별, 그리고 구조 및 산화 정도 등에 대한 규명이 가능하며 이를 통해 열화의 주된 원인과 상호 관련성을 밝혀낼 수 있다. 또한 열화현상을 해결 할 수 있는 이상적인 Dopant와 Coating 물질을 제안함으로써, 현재 리튬 기반 양극 소재가 가지고 있는 비용 문제와 나트륨 기반 소재가 지니고 있는 저 수명 문제를 동시에 해결할 수 있다.
또한 물질 Screening은 기존 계산 과학만을 이용해 접근하기에는 많은 리소스가 드는 High-throughput Computational Screening의 단점을 보완하기 위해, 초기에 구축하는 데이터베이스와 기존에 알려진 계산 데이터베이스를 Machine Learning 예측 모델과 융합하여, 빠른 시간 안에 후보 물질을 예측/탐색함으로써 전체 계산량을 획기적으로 줄일 뿐만 아니라 실험자의 Trial & Error를 줄일 수 있어 재료 개발의 혁신을 이루는 대표적인 예가 될 수 있다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 목적 및 필요성 ... 4
• 2) 최종연구목표 ... 4
• 3) 연구범위 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 1차년도: 나트륨 이차전지 양극 층상 구조 열화 메커니즘 이해 ... 5
• 2) 2차년도: Dopant 역할 규명 및 Screening ... 7
• 3) 3차년도: 가스 발생 저감 가능 코팅 소재 설계 ... 8
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 10
• 3) 목표 달성 수준 ... 10
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 11
• 1) 연구결과의 의미 및 중요성 ... 11
• 2) 기술적, 사회 경제적 파급효과 ... 11
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 1) 성과관리 추진체계 및 계획 ... 12
• 2) 연구개발성과 활용분야 및 활용방안, 타연구 응용 ... 12
• 3) 추가 연구의 필요성 ... 12
• 4) 기업화 추진 및 기술이전 ... 12
• 6. 자체점검표 ... 13
• 7. 참고문헌 ... 13
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 28