초록 ▼

□ 연구개요
본 연구의 최종 목표는 웨어러블 수계 아연금속 이차전지 활용을 위해, 새로운 금속 표면 기능화 접근 방법으로 수지상 형성 억제의 액체 금속층, 금속-고분자 복합체로 구성된 집적된 금속전극을 설계하여, 효율적이며, 유연하며, 안정성 있는 섬유형 아연금속 전극을 개발하고, 섬유형 전지 제작과 성능 평가를 통한 개질된 아연금속전극에서 수지상 형성 및 부반응 억제 작동 원리를 규명하고자 한다. 세부목표는
● Ga/In 액체 금속층을 섬유형의 아연 금속 전극의 보호층으로 설계하여, 충/방전 과정에서 수지상 형성/부반응

□ 연구개요
본 연구의 최종 목표는 웨어러블 수계 아연금속 이차전지 활용을 위해, 새로운 금속 표면 기능화 접근 방법으로 수지상 형성 억제의 액체 금속층, 금속-고분자 복합체로 구성된 집적된 금속전극을 설계하여, 효율적이며, 유연하며, 안정성 있는 섬유형 아연금속 전극을 개발하고, 섬유형 전지 제작과 성능 평가를 통한 개질된 아연금속전극에서 수지상 형성 및 부반응 억제 작동 원리를 규명하고자 한다. 세부목표는
● Ga/In 액체 금속층을 섬유형의 아연 금속 전극의 보호층으로 설계하여, 충/방전 과정에서 수지상 형성/부반응이 억제되고, 섬유 전극의 직경 변화가 없는 유연하고 자가 재생이 가능한 전극 개발
● 다양한 작용기를 포함하는 고분자 물질을 개발하고 아연-고분자 복합 전극을 제작하여, 전지 작동 시에 아연이온의 균일한 증착/탈착과 장시간 사용시 분말화 방지가능한 전극구조 개발
● 액체 금속 층/금속-고분자 복합체가 집적된 전극 구조를 설계·제작함으로써, 수지상 형성이 억제된 고효율, 견고한 플렉서블 아연 금속 전극과 이차전지의 제작 및 성능평가를 통한 최적 전극구조 제시

□ 연구 목표대비 연구결과
● 섬유형의 아연 금속 전극의 보호층으로 액체 금속층 설계 및 유연, 자가 재생 가능한 전극 개발 (90%): 웨어러블 공융 Ga-In 액체 금속-공기 2차 전지를 제작하여, 액체금속 양극의 부식 방지 및 전기 화학적 활성 유지로 최적의 Ga/In 비율을 확보하여 우수한 전력 밀도 ~73 mW/cm2 달성함. 이는 상온 작동 기존의 웨어러블 액체 연료 전지 중 최고의 전력밀도이며, 이는 액체금속의 안정적인 산화환원 특성으로 인해 충전식 금속-공기 전지는 2mA/cm2에서 96시간동안 작동함. [Energy Conversion and Management에 게재]
● 다양한 작용기 포함 고분자 물질 개발과 아연-고분자 복합 전극의 제작 및 전지 작동시 안정적 전극 구조 개발 (100%): -우수한 전기화학적 성능을 지닌 가역 Zn/PPAM 이종전극이 섬유형 Zn-금속 전지 용으로 제작하였음. -Zn/PPAM 전극은 대칭 셀에서 31mV의 낮은 히스테리시스 전압으로 6000시간 이상의 사이클 가역성을 보였으며, 우수한 내구성과 유연성을 나타냄. [Carbon Energy에 게재]
● 액체 금속 층/금속-고분자 복합체가 집적된 전극 구조를 설계·제작 및 플렉서블 아연 금속 전극과 이차전지의 제작 및 성능평가 (0%): 조기 종료에 따른 마지막 연차의 연구목표를 달성하지 못함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구에서 금속전극에 액체 금속 층과 고분자 복합 층을 결합하여 개발될 섬유 형태의 아연 전극은 금속 이차전지에서 문제가 되고 있는 수지상 형성을 억제할 수 있으며, 수소 발생 및 자체 부식 등의 부반응을 방지할 수 있는 전극 구조이다. 또한 1차원 섬유 형태로서 높은 유연성이 보장되어, 플렉서블 이차전지 제작에 활용이 기대되며, 직조에 의한 2차원 플렉서블 이차전지 개발에도 활용이 가능할 것으로 사료된다. 따라서 민간/군사용 응용을 위한 모바일 전원장치로서 웨어러블 섬유 이차전지 개발의 기반기술로의 활용이 기대된다. 본 연구를 통해 개발될 복합 아연전극은 풍부한 금속 이온의 축적과 금속 이온 전달 채널로 기능하는 고분자 성분이 포함되어, 이차전지에 적용되었을 때, 전지의 전력밀도뿐만 아니라 성능 및 작동 수명을 크게 향상시킬 것이 기대되기 때문에, 오랜 작동 수명이 필요한 전기자동차, 발전소 에너지 저장 장치 등으로의 활용이 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• (1) 연구목표 ... 4
• (2) 연구 필요성 ... 4
• (3) 연구 범위 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 5
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 5
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 9
• 3) 목표 달성 수준 ... 9
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 10
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 10
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 11
• 6. 자체점검표 ... 11
• 7. 참고문헌 ... 11
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 14
• 끝페이지 ... 26