UNIST(울산과학기술원) 에너지화학공학과와 서울대학교 첨단융합학부, 포항공과대학교(POSTECH) 연구진이 전고체전지(All-Solid-State Battery)의 성능 저하 원인을 규명하고, 계면 안정화를 통해 폭발 위험을 줄일 수 있는 새로운 설계 전략을 제시했다. 이번 연구는 차세대 전기차와 대용량 에너지저장장치(ESS)의 핵심 기술로 꼽히는 전고체전지 상용화를 앞당길 중요한 성과로 평가된다. 전고체전지는 기존 리튬이온전지에서 사용하는 가연성 액체 전해질 대신 불연성 고체 전해질을 적용해 화재 위험이 거의 없고, 더 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있어 ‘꿈의 배터리’로 불린다. 그러나 양극과 고체전해질이 직접 맞닿는 계면에서 화학적 분해와 구조적 손상이 일어나며 성능이 빠르게 저하되는 문제가 남아 있었다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 리튬 디플루오로포스페이트(LiDFP)를 활용해 양극 표면에 코팅층을 형성한 전고체전지를 제작하고, 머신러닝과 디지털 트윈(digital twin), 첨단 분석기법을 적용해 전지의 열화 거동을 정밀 추적했다. 그 결과, 코팅층이 적용된 전극에서는 화학적 열화가 크게 억제되고 반응이 균일하게 진행돼 입자 손상이 고르
과기정통부, 비상경제장관회의서 '3대 주력기술 초격차 R&D 전략' 발표 정부가 반도체·디스플레이·차세대전지 등 우리나라 3대 주력 기술 분야에서 이른바 '초격차'를 확보하기 위한 미래 핵심기술 100개를 선정하고 중점 확보에 나선다. 과학기술정보통신부는 6일 오전 비상경제장관회의에서 이런 내용의 '3대 주력기술 초격차 R&D전략'을 관계부처 합동으로 발표했다고 밝혔다. 이번 전략은 지난 2월 정부가 발표한 '신성장 4.0 전략'의 세부 계획으로 마련됐다. 이들 3개 분야는 경제 버팀목이자 시장이 크게 성장할 것으로 전망되는 기술군으로 민관 협업 기반 선제적 R&D 투자가 시급한 상황이라고 과기정통부는 설명했다. 이에 지난해부터 세 분야별 산학연 전문가로 구성된 태스크포스(TF)팀을 운영해 이번 계획을 마련했다고 과기정통부는 덧붙였다. 우선 반도체 분야에서는 민간 전문가와 함께 수립한 반도체 미래 기술로드맵을 바탕으로 45개 핵심기술을 선정하고 이를 집중 지원한다. 차세대 소자 부분에서는 저전력에서 초고속·고집적도를 만들 수 있고 기존 시모스(CMOS) 공정과 호환할 수 있는 강유전체·자성체·멤리스터 소재 기술을 개발한다. 시스템 반도체
한국전기연구원 김병곤 박사팀, ‘1차원 중공 코어-다공성 쉘 탄소 나노섬유’ 개발 한국전기연구원(KERI) 차세대전지연구센터 김병곤 박사팀의 리튬금속전지 관련 연구결과가 높은 수준을 인정받아 국제 저명 학술지에 표지논문으로 게재됐다. 기존 리튬이온전지가 흑연 음극에 리튬 이온을 탈·삽입해 에너지를 내는 구조라면, 리튬금속전지는 부피가 크고 무거운 흑연을 사용하지 않고, 리튬금속 자체를 음극으로 사용하는 전지다. 리튬금속 음극은 흑연 음극(372mAh/g)과 비교해 이론상 저장용량이 10배 이상(3860mAh/g) 높아 전기차나 에너지저장장치(ESS) 등 대용량 전지가 필요한 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 하지만 이러한 장점에도 불구하고, 충·방전 시 리튬금속을 효과적으로 저장하지 못하면 리튬이 나뭇가지 모양으로 성장하는 일명 ‘수지상 결정(dendrite)’이 형성돼 점점 부피가 커지는 문제가 발생한다. 이는 전지의 수명 저하와 내부 단락에 따른 화재·폭발 사고로 이어질 수 있다. 이를 해결하기 위해 KERI가 개발한 기술은 ‘중공 코어(Core) 다공성 쉘(Shell) 구조의 탄소 나노섬유’다. 먼저 ‘중공 코어’ 부분에는 리튬 친화성 물질인 ‘금’ 나노
헬로티 이동재 기자 | 한국전기연구원(이하 KERI) 차세대전지연구센터 하윤철 박사팀이 개발한 ‘황화물계 전고체전지용 고체전해질 공침 제조기술’이 대주전자재료에 기술이전됐다. 황화물계 고체전해질은 이온 전도도가 높고 연성이 커서 극판과 분리막 제조가 쉽다는 장점이 있으나, 주원료인 황화리튬 가격이 비싸고, 다른 원료와의 혼합 공정에 높은 에너지가 드는 ‘볼밀법’을 사용하는 단점이 있다. 이러한 이유로 결과물도 소량 생산에 그치고 있으며 100그램 당 가격이 수백만원에 달했다. KERI의 기술은 고가의 황화리튬을 사용하지 않고 ‘공침법’이라는 간단한 용액 합성 과정만으로 황화물계 고체전해질을 저가로 대량생산한다. 공침법은 여러 가지 서로 다른 이온들을 수용액 혹은 비수용액에서 동시에 침전시키는 방법으로, 리튬이온배터리용 양극 소재를 대량생산하는 산업 현장에서 가장 많이 활용된다. 연구팀은 꾸준한 노력으로 리튬과 황, 인, 할로겐 원소 등을 공침시키는 공정 방식을 개발했고, 이를 통해 기존의 비싼 황화리튬을 사용하던 방식과 동일한 수준의 고체전해질을 제조하는 데 성공했다. 순수 원료비 기준으로 보면 KERI의 제조 방식이 기존 대비 약 15분의 1 수준으로 저렴
헬로티 이동재 기자 | 한국전기연구원(이하 KERI) 차세대전지연구센터 김병곤 박사가 리튬금속전지용 고효율 리튬 저장 기술을 개발했다. 관련 논문은 저명 국제학술지에 게재됐다. 기존 리튬이온전지는 흑연으로 이루어진 음극에 리튬 이온을 삽입해 에너지를 내는 구조로, 스마트폰과 노트북 등 전자기기의 전력원으로 널리 사용되어 왔지만, 흑연 자체의 무게와 부피로 인해 높은 저장 에너지를 확보하는 데에 한계를 가지고 있었다. ‘리튬금속전지’는 리튬금속 자체를 음극으로 사용하는 전지다. 리튬금속 음극은 기존 흑연(372mAh/g) 음극과 비교해 이론상 저장용량이 10배 이상(3860mAh/g) 높아 전기차 등 대용량 전지가 필요한 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 하지만 리튬금속 역시 충·방전을 거듭할수록 나뭇가지 모양의 수지상 결정이 형성되어 부피가 커지고, 전지의 수명 저하와 화재·폭발 등의 위험성으로 이어진다는 치명적인 문제를 가지고 있다. KERI 김병곤 박사는 리튬 친화성 물질인 ‘금’ 나노 입자가 내부에 소량(무게 비 1%) 포함된 ‘코어-쉘(Core-Shell)’ 구조의 ‘탄소 나노 파이버’를 제작했고, 코어 내부에 리튬을 선택적으로 저장함으로써 리튬 전·탈
헬로티 이동재 기자 | 한국전자기술연구원(이하 KETI)은 전고체전지 핵심 소재인 황화물계 고체전해질의 황화수소 가스 발생량을 저감하는 소재 기술을 개발했다고 10일 밝혔다. 전고체전지는 기존 리튬이온전지의 양극과 음극 사이를 채우고 있는 액체 전해질을 고체로 바꾼 전지로서, 폭발 위험이 없어 안전하면서도 기존 전지에 비해 에너지 밀도가 높아 차세대 전지로 주목받고 있다. 고체전해질을 구성하는 핵심 소재로는 폴리머·황화물·산화물 등이 있지만, 그중에서도 연성이 크고 이온 전도도가 높은 황화물계 고체전해질이 고용량 대형 전지 제조에 적합한 것으로 평가받는다. KETI 차세대전지연구센터에서 개발한 소재 기술은 고체전해질에 제올라이트 나노입자를 소량 첨가·합성함으로써 황화수소 발생을 감소시키는 것이 핵심으로, 대기 내 수분과 황화수소 가스를 동시에 흡착하는 제올라이트의 특성을 활용했다. 황화물계 고체전해질은 수분에 대한 반응성이 높아 유해가스인 황화수소가 발생한다는 단점이 있고, 결국 전지 성능 저하 및 전지 제조 공정에서 취급을 어렵게 하는 걸림돌로 작용해왔다. 본 기술을 적용하면 대기 노출 시에도 황화수소 발생량이 1/3 수준으로 감소되어 전해질 소재의 열화를
[헬로티] ▲한국전자기술연구원이 씨아이에스와 전고체전지 소재 기술이전을 체결했다고 21일 밝혔다. (출처 : KETI) 한국전자기술연구원(이하 KETI)이 씨아이에스와 기술이전을 체결했다. KETI는 최근 개발한 전고체전지 소재 기술을 상용화하기 위해 씨아이에스와 기술이전을 체결했다고 21일 밝혔다. 전고체전지는 리튬이차전지와 달리, 액체 상태의 전해질 대신 불연성 고체전해질을 사용한 전지로서, 화재의 위험이 없으면서도 현 리튬이차전지 에너지밀도의 한계를 두 배 이상 넘어설 수 있어 차세대 전지로 주목받고 있다. 그 중에서도 황화물계 고체전해질을 사용하는 전고체전지는 물질 자체의 높은 이온전도도와 무른 연성으로 이점이 있지만, 고체전해질이 대기 노출 시 수분과 쉽게 반응해 황화수소 가스를 발생시키고, 이는 소재 자체의 열화로 연결돼 전지의 성능을 저하시키며 전고체전지의 상용화를 어렵게 만들었다. KETI 차세대전지센터는 기존 고체전해질의 양이온과 음이온을 조절한 특정 조성을 설계함으로써 고이온 전도가 가능하며, 대기 노출 시에도 황화수소 가스 발생량을 1/4수준으로 저감시킬 수 있는 전고체전지 기술을 개발했다. 또한 이 기술은 고체전해질이 대기 노출 후에도
[헬로티] 탄소중립 추진 위한 ‘3+1 전략’ 발표 탄소중립 대전환, 소극적 태도보다 능동적 대응 필요해 ▲홍남기 부총리 겸 기획재정부 장관이 12월 7일 서울 광화문 정부서울청사에서 열린 '2050 탄소중립 추진전략' 관련 합동브리핑에서 발언하고 있다. (출처 : 기획재정부) 정부가 탄소중립 국가로 나아가기 위한 전략을 발표했다. 정부는 7일 홍남기 경제부총리 겸 기획재정부 장관 주재 '제22차 비상경제 중앙대책본부회의'를 개최하여 '2050 탄소중립 추진전략'을 확정·발표했다. 정부는 ‘2050 탄소중립 추진전략’으로 ‘3+1 전략’을 내걸었다. 3+1 전략은 ‘경제구조 저탄소화, 저탄소 산업생태계 조성, 탄소중립사회로의 공정전환’이라는 3대 정책방향과 ‘탄소중립 제도기반 강화’ 목표를 말한다. 부총리는 경제구조의 저탄소화 전략으로 송배전망 확충과 분산형 에너지시스템 확산을 내세웠다. 또 철강, 석유화학 등 탄소 다배출 업종의 대규모 기술개발 지원과 고탄소 중소기업 대상 1:1 맞춤형 공정개선 지원으로 저탄소 산업구조로의 전환을 가속하는
[첨단 헬로티] 산업교육연구소가 1월 22일(화) 서울 여의도 신한금융투자빌딩 신한WAY홀에서 ‘2019년 2차전지/차세대전지(소재) 실태 및 개발방향과 상용화 세미나’를 전고체전지 중심으로 개최한다. 산업계에서는 포스트반도체 찾기가 한창인 가운데 2차전지가 4차 산업혁명 이후 ‘산업의 쌀’로 떠오른 반도체의 바통을 이어받을 것이라는 기대가 커지고 있다. 이러한 현상은 전기차 시장 급성장세가 원동력으로서 글로벌 전기차 시장은 2018년에 450만대에서 2025년이면 2200만대 규모로 늘어날 것으로 전망되고 있다. 현재의 주류인 리튬이온전지는 기술적 진화의 한계에 도달하여 고비용, 불충분한 에너지 밀도, 긴 충전시간, 짧은 사이클 수명, 안전성 등의 문제에 대한 지속적 대처가 진행되고 있는 가운데 전고체전지, 리튬금속전지, 리튬황전지 등 3개 차세대전지 중에서 리튬이온전지에 필요한 전해액과 분리막을 없애고 이 공간에 에너지밀도가 더 높은 물질을 집어넣은 전고체전지가 대표적인 차세대전지로 떠오르고 있다. 이번 세미나에서는 2019년 리튬이차전지 시장 전망과 주요업체의 차세대전지(소재) 기술개발 방향과 전기차용 리튬이차
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