초록 ▼

□ 연구개요
■ 차세대 리튬이온전지에 있어 가장 핵심적인 양극소재를 대량병렬 제일원리 양자 계산, 인공지능 기반의 최적화 기법을 이용하여 개발하고자 함. 조성 최적화로 인한 성능 향상 가능성이 큰 리튬과잉 양이온-무질서 구조 기반의 양극의 용량 및 수명특성 최적화로 고성능 양극 소재 개발. 베이지안 기반의 인공지능 기법과 실험을 통해 효율적 성능 최적화 기법 확립. 수명 저하의 원인으로 알려진 산화 산소의 불안 정성 개선을 위해 제일원리 양자계산과 DEMS 분석을 통해 산소 안정성 향상 가능한 국부 조성 규명.

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□ 연구개요
■ 차세대 리튬이온전지에 있어 가장 핵심적인 양극소재를 대량병렬 제일원리 양자 계산, 인공지능 기반의 최적화 기법을 이용하여 개발하고자 함. 조성 최적화로 인한 성능 향상 가능성이 큰 리튬과잉 양이온-무질서 구조 기반의 양극의 용량 및 수명특성 최적화로 고성능 양극 소재 개발. 베이지안 기반의 인공지능 기법과 실험을 통해 효율적 성능 최적화 기법 확립. 수명 저하의 원인으로 알려진 산화 산소의 불안 정성 개선을 위해 제일원리 양자계산과 DEMS 분석을 통해 산소 안정성 향상 가능한 국부 조성 규명.

□ 연구 목표대비 연구결과
■ 리튬과잉 양이온-무질서 구조 기반 고성능 신규 양극 소재 개발 (300 mAh/g 이상, 50 사이클 후 80% 이상 방전 용량 유지).
결과: 첫 방전용량 350 mAh/g 이상의 고성능 Mn-Ti계 DRX 신규 소재 개발 완료(1.5-4.8 V, 활물질 함량 70%, ~30 mA/g 조건). 50 cycle ~70%의 DRX 소재 개발 (1.5-4.8 V, ~30 mA/g 조건). 율속을 낮춘다면 ~80%이상의 수명 보존 특성 예상.
■ 최소의 실험 반복으로 고성능 조성 탐색 가능한 베이지안 최적화 인공지능 기법 개발 (임의 탐색 대비 1/3 실험에서 최적 조성 발견 성공률 99.0% 달성.
결과: 15개 이상의 조성으로 최적화 시도 시 성공확률 100%로 수렴.
■ 리튬과잉 양이온-무질서 구조에서의 산소 안정화 매커니즘 이해를 통한 전극 성능 최적화.
결과: 제일원리계산 기반 AIMD 시뮬레이션과 DEMS 산소 측정을 통해 DRX 소재의 산소 안정화 기구 이해 및 고 산화 안정성 DRX 양극 소재 디자인 원리 제시.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
■ 리튬과잉 양이온-무질서 구조에서 다양한 조성을 시스템적으로 탐색함으로 다양한 신규 리튬 양극 소재 개발로 소재 원천 특허 출원 예상.
■ 리튬과잉 양이온-무질서 구조 양극 소재의 산소 산화 안정화 기구에 대해 세계 최초로 보고함으로 이를 활용한 다양한 연구, 개발이 이어질 것으로 예상.
■ 실험에 앞서 제일원리 양자계산을 이용하여 적절한 특성의 재료를 탐색함으로 실험에 소모되는 시간과 비용을 절감. 대량병렬 계산과 실험을 병행하여 고안정성 신규 이차전지 양극 소재를 개발하게 되면 이로 인해 우리나라의 핵심 첨단 산업 중하나인 이차전지산업의 활성화를 모색할 수 있을 뿐만 아니라 세계 일류 원천 기술을 보유할 수 있음.
■ 에너지 고갈 문제 해결방안 제시 및 막대한비용 절감 효과. 향후 초고용량 및 높은 안정성이 요구되는(P)HEV로의 응용 가능 및 막대한 수익 창출 효과. 기술 이전 및 특허를 통한 로열티 획득. 에너지 관련 분야 원천기술 확보 및 국가 경쟁력 증대.
■ 베이지안 최적화 기법으로 연구자 개입 없이 조성 선정이 가능한 인공지능 엔진 개발시 리튬이차전지 고체전해질, 음극소재 등 타 소재 개발과 다양한 재료 개발에 범용적으로 적용 가능할 것임. 뿐만 아니라 향후 개발중인 자동합성/분석 기반의 자율 운영 연구실(self-driving lab)[ref]에 적용 가능할 것임.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1. 최종 연구목표 ... 4
• 1.2. 연구범위 및 내용, 연차별 연구목표 ... 4
• 2.1. 연구 필요성 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 8
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 14
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 14
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 19
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 23
• 끝페이지 ... 30