초록 ▼

연구개요
-본 연구는 있으며 무기물계 고체전해질 (inorganic solid state electrolyte, ISSEs)의 grain boundary (GB) 및 균열의 micro defect를 제어하는 방법을 제공하는 것으로 에너지 밴드(energy band) 제어와 리튬 친화성 (lithiophilicity)을 키워드로 연구를 진행할 계획임.
- 자세히는 중간층으로 리튬 이온의 전도를 위하여 리튬 친화성이 있으며 ISSEs와 에너지 밴드 정렬에서 전자를 이동시키지 않는 물질을 선정하여 간단한 cold press

연구개요
-본 연구는 있으며 무기물계 고체전해질 (inorganic solid state electrolyte, ISSEs)의 grain boundary (GB) 및 균열의 micro defect를 제어하는 방법을 제공하는 것으로 에너지 밴드(energy band) 제어와 리튬 친화성 (lithiophilicity)을 키워드로 연구를 진행할 계획임.
- 자세히는 중간층으로 리튬 이온의 전도를 위하여 리튬 친화성이 있으며 ISSEs와 에너지 밴드 정렬에서 전자를 이동시키지 않는 물질을 선정하여 간단한 cold press 방법을 이용하고자 함.
- Cold press가 가능하고 전해질내의 전자밀도 균일화에 기여할 수 있도록 molten salt와 유사한 거동을 하는 염을 선정하여 연구를 진행하고자 함.
- 정리하면 ISSEs와 에너지 밴드가 차이가 나며 리튬 친화성이 있고 염의 형태를 가진 중간층을 cold press 방법을 이용하여 개발하여 셀의 성능 및 수명 특성을 향상 시키고자 함.
- 본 연구를 통하여 JCR 10% 이내 (IF 9.7 이상) SCIE급 논문 1편을 출판하는 것을 목표로 하였음.

연구 목표대비 연구결과
- 본 연구에서는 garnet 구조의 ISSEs 중 Li6.25La3Zr2Al0.25O12 (LLZAO)를 사용하여 연구를 진행하였음.
- 이 때 고려하여 할 점은 garnet ISSEs의 GB에서 발생하는 리튬 이온의 공간전하(space charge)에 의한 전하 불균형 대한 고려가 필요하기 때문에 이를 리튬 친화성이 있는 물질인 LiF를 적용하여 음극과 전해질 사이에 배치함으로써 산화물계 전해질의 microshort를 방지하였음.
- 추가적으로 ISSEs의 고질적인 문제인 액체전해질에 비하여 낮은 임계전류밀도 (critical current density, CCD)는 ISSEs 물질 자체의 성질이기 때문에 바꾸기가 어렵기 때문에 계면이 안정화를 통하여 CCD 역시 증가 시켜 garnet ISSEs의 구동 안정성을 확보하였음.
- 조건을 만족하는 음극/ISSEs 중간층의 물질인 LiF를 적용하여 symmetrical cell 구성의 전기화학적 특성을 분석한 결과 LiF가 garnet ISSEs 안전성 향상에 도움이 됨을 확인하였음.
- 선정한 중간층을 열증착을 통하여 적용하였으며 중간층 소재 분석은 물론 다양한 계산법과 분석 방법을 통하여 결과를 도출하였음.
- 중간층이 적용된 LLZO는 제조 직후와 전기화학적 평가 전 후의 리튬 분포를 레이저 유도 플라즈마 분광법(Laser Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS)을 이용하여 분석하였고 LiF 중간층을 도입한 경우가 리튬 쏠림 현상이 개선된 것으로 판단되었음.
- 또한 범밀도함수이론 (Density functional theory, DFT)을 이용하여 garnet ISSEs와 LiF의 에너지 밴드를 계산한 결과 환원 안정성이 떨어지는 garnet ISSEs의 계면 안정성을 LiF와의 에너지밴드 정렬로 해결하였음.
-상기에 결과로 미루어 보아 연구를 진행한 중간층은 전고체 전지 garnet ISSEs의 계면 특성을 안정화 시킴은 물론 음극 환원전위 안정성 역시 확보하였다고 판단되어 본 연구 목적인 garnet ISSEs의 신뢰성 향상에 도움이 되었다고 할 수 있고 과제 목표 역시 달성하였다고 할 수 있음.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 본 연구는 현재 학계는 물론 산업계에서도 집중하고 이는 ASSBs의 핵심 성분인 ISSEs에 대한연구로 연구의 시기성이 적절하며 소재에 대한 연구와 전기화학적 현상에 대한 해석을 모두 포함하고 있으므로 그 범위가 넓다고 할 수 있음.
- 연구 주제가 전지의 구성 물질 개발에 그치지 않고 전체적인 메커니즘 관점에서 유기적으로 연결된 연구를 수행하기 때문에 전지 작동에 대한 근본적인 이해가 가능하며 전체적인 연구 방법론을 개발 한다는 면에서 ISSEs를 적용하는 전지 뿐만 아니라 전하 이동이 가능한 유전체와 금속이 접촉하는 계면의 전기장 내에서의 거동을 연구하는 방법론을 제공하여 효율적인 연구를 수행하게 할 수 있을 것으로 예상됨.
- 기술적 측면: 본 연구는 원천기술 및 방법에 대한 연구이므로 다양한 관련 기술들이 파생될 것으로 예상됨.
- 산업, 경제적 측면: 지속적인 성장을 하고 있는 이차전지시장에 핵심 기술을 제공할 수 있을 것으로 예상됨.
- 인력양성 측면: 본 과제를 통하여 가장 중점을 두고 있는 부분이며 소재, 분석, 전기화학 거동, 계산을 모두 이해하고 복합적으로 수행할 수 있는 진정한 융합인재 양성이 가능할 것으로 기대됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 13
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 13
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 14
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 6. 자체점검표 ... 15
• 7. 참고문헌 ... 15
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 21