초록 ▼

□ 연구개요
ㆍ셀레늄 담지량 향상을 위한 나노구조의 탄소소재 기반 담지체 합성 및 계층적 기공구조 도입 방법 최적화
ㆍ탄소소재 기반 담지체의 기공 구조 및 분포에 따른 K-Se 전지의 전기화학적 성능 변화 관찰 및 최적화
ㆍ탄소소재 기반 담지체의 안정성을 저해하지 않는 단일/다중 이종원소 도핑 방법 탐색
ㆍ이종원소 도핑에 의한 셀레늄 유래 반응중간체 용출 및 확산 억제 효과 및 안정성 향상 여부 분석 및 전기화학 특성 개선

□ 연구 목표대비 연구결과
ㆍ셀레늄 담지량 향상을 위한 계층적 기공구조

□ 연구개요
ㆍ셀레늄 담지량 향상을 위한 나노구조의 탄소소재 기반 담지체 합성 및 계층적 기공구조 도입 방법 최적화
ㆍ탄소소재 기반 담지체의 기공 구조 및 분포에 따른 K-Se 전지의 전기화학적 성능 변화 관찰 및 최적화
ㆍ탄소소재 기반 담지체의 안정성을 저해하지 않는 단일/다중 이종원소 도핑 방법 탐색
ㆍ이종원소 도핑에 의한 셀레늄 유래 반응중간체 용출 및 확산 억제 효과 및 안정성 향상 여부 분석 및 전기화학 특성 개선

□ 연구 목표대비 연구결과
ㆍ셀레늄 담지량 향상을 위한 계층적 기공구조의 탄소소재 기반 담지체 개발
▷ 분무공정과 후열처리 공정을 활용하여 다양한 탄소소재 기반 나노구조체를 2건 이상 개발하는데 성공했으며, 이 과정에서 템플릿(NaCl, ZnCl₂, Zn) 제거 혹은 KCl 활성화 공정을 통한 계층적 기공구조 도입하여 셀레늄 담지량 향상을 위한 합성 조건을 최적화함.
▷ 합성 공정에서 템플릿 물질 농도, 탄화 온도, 활성화 온도 및 시간 등 조절하고 Melt-diffusion 방법을 적용하여 탄소소재 기반 담지체 내 셀레늄 60 wt% 이상 담지함.
ㆍ기공 구조 및 분포에 따른 K-Se 전지의 전기화학적 성능 변화 관찰 및 최적화
▷ 개발된 셀레늄 담지체의 기공 구조(비표면적, 기공부피, 마이크로 기공-메조 기공 크기 및 비율) 변화에 따른 K-Se 전지의 충방전 곡선 개형 변화 관찰하여 이론용량(675 mA h g^-1)의 70% 수준의 초기 가역용량 달성 및 안정적인 사이클 특성을 위한 셀레늄 담지체의 기공 구조 최적화함 (비표면적: >1000 m² g^-1, 기공부피: >1.2 cm³ g^-1, 셀레늄 담지량: >60 wt%).
ㆍ탄소소재 기반 담지체 내 이종원소 도핑 방법 탐색 및 K-Se 전지의 전기화학적 성능 개선
▷ 담지체 합성 조건 조절에 의한 탄소 격자 내 이종원소 도핑 방법 탐색해 N과 S가 도핑된 계층적 기공구조의 탄소소재 기반 담지체를 개발함.
▷이 과정에서 이종원소 도핑 및 최적화에 의한 셀레늄 담지체의 전기전도도, 활성지점, 화학적 흡착 능력이 개선됨.
▷심층 분석을 통해 개발한 셀레늄 담지체의 물성, 전기화학 특성 향상 메커니즘 등의 체계적인 평가하였고 안정적인 K-Se 전지 특성을 구현함.
※ 전위창: 0.5-3.0 V, 용량: >450 mA h g^-1, 사이클: >100 회 (@>0.1C), 성능유지: >80% / 100 회.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
ㆍ본 연구과제를 통해 개발 예정인 셀레늄 담지용 탄소소재 기반 나노구조체는 비슷한 원리로 작동하면서 현재 훨씬 더 많은 기술적 진보가 이루어진 Li-S 전지 시스템에도 동일하게 적용 가능함. 해당 소재의 합성 원천기술은 금속-공기 전지, 슈퍼커패시터 등의 분야에도 동일하게 확대 적용 가능하기 때문에 해당 분야의 동반 성장을 이끌 수 있음.
ㆍ본 연구과제의 성과를 바탕으로 아직 태동분야인 K-Se 전지 분야에서 조기에 원천기술을 확보하여 차세대 이차전지 연구 분야에서 국가 경쟁력을 강화하고, 관련 잠재시장 선점에 있어 유리한 위치에 올라설 수 있을 것으로 기대됨.
ㆍ향후 잠재적 적용 분야인 전기자동차와 대용량 에너지 저장 장치의 세계시장 성장세로 미루어 봤을때, 현재 사용되고 있는 리튬계 이차전지에 비해 에너지 밀도와 안정성이 대폭 향상된 K-Se 전지의 핵심 요소기술 확보에 성공한다면 이와 관련된 국내의 소재, 부품, 장비산업의 활성화와 이를 통한 고용 창출 및 성장세 견인효과가 기대됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구과제 필요성 ... 4
• 2) 연구과제의 목표 ... 5
• 3) 연구과제의 내용 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) 공정 융합화를 통한 다양한 계층적 기공구조의 신규 탄소소재 기반 담지체 개발 ... 6
• 2) 신규 탄소소재 기반 담지체를 활용한 K-Se 전지의 전기화학적 성능 변화 관찰 및 최적화 ... 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. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 11
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 11
• 6. 자체점검표 ... 12
• 7. 참고문헌 ... 12
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 15
• 끝페이지 ... 17