본 연구는 차세대 이차전지 시장의 기술주도권 확보를 위해 7대 핵심기술(고에너지밀도, 초경량, 고안정성, 소재자립화, 초저가, 고속충방전, 저탄소공정)을 융합한 초격차 이차전지 플랫폼 개발을 목표로 한다. 이 플랫폼은 각각의 세부기술이 독립적이면서도 상호보완적으로 작동하며, 다양한 응용 환경에서 최적화된 이차전지 솔루션을 제공할 수 있도록 설계되었다. 1단계에서는 각 전지기술에 대한 에너지밀도, 수명, 용량, 전해질 균일도 등의 초기 성능 지표 달성을 중점으로 하며, 2단계에서는 해당 성능을 한층 더 고도화하여 상용화를 위한 기반을 다진다. 특히 800 Wh/L 이상의 고에너지 리튬금속전지, 450 Wh/kg급 초경량 리튬황전지, 400 Wh/kg급 고안전 전고체전지, 저가 전해질 소재 기반의 흐름형 비리튬계전지, 고출력 바이폴라 전지, 초저가 분리막-free 전지, 그리고 30 μm 이하의 고체전해질 박막 연속 제조기술 등은 각기 전력 밀도, 비용 효율, 자원 자립성, 생산 공정 측면에서 글로벌 경쟁력을 획득할 수 있는 잠재력을 갖는다. 추가적으로 신규 시장 창출 및 산업 전반의 생산성 증대와 같은 경제적 파급력은 물론, 원천기술 기반의 수출 확대, 탄소 저감 및 자원순환형 제조공정 기여, 특허 및 기술이전 실적 증대 등의 기술적 성과가 예상된다. 동시에 고부가가치 산업 육성 및 일자리 창출을 통해 국가 경쟁력을 높이는 사회적 효과와 함께, 이차전지 산업의 자립도 및 기술주권 확보라는 전략적 성과도 거둘 것으로 기대된다. 이를 통해 본 과제는 단순한 기술 개발을 넘어, 에너지 전환과 국가 기술 패권을 선도하는 핵심 플랫폼으로 자리매김할 것이다.
이온/전류분포 동시제어 metallophilic 자가지지기반 반수지 금속 음극 개발 및 미래형 금속 배터리 응용
과학기술정보통신부
본 연구는 리튬(Li) 및 아연(Zn) 기반 미래형 금속 배터리의 상용화를 위한 핵심 장애요소인 수지상(Dendrite) 성장 문제를 근본적으로 해결하고자, 이온/전류 분포를 동시에 제어할 수 있는 metallophilic 자가지지체 기반의 고안정성 금속 음극을 개발하는 데 중점을 둔다. 이를 위해 Li/Zn 금속의 균일한 핵생성과 전착/탈리 제어가 가능한 무기 세라믹 소재 및 metallophilic 합금소재를 복합화한 자가지지체를 설계하고, 그 내부 구조를 계층적으로 최적 배치함으로써 이온 및 전류의 균일한 분포를 유도한다. 더불어, 선택적 이온 투과층 및 산화방지막 기술을 융합하여 금속 표면의 반응 안정성을 높이고, 전해질과의 부반응 및 수지상 생성을 억제한다. 이러한 기술을 바탕으로 본 과제는 Li-S, Li-air, Zn-air 등 미래형 고에너지 배터리 시스템에 적합한 금속 음극 구조를 구현하고, 풀셀 단위의 작동 변수 정밀 제어를 통해 장수명·고출력·고용량 특성을 확보한다. 또한, metallophilic 계열 합금/무기소재 기반의 음극 안정화 전략은 Na, Mg, Al 등 다양한 금속계 전지로의 확장이 가능하여 응용 범위가 넓다. 기대효과로는 차세대 전기차 및 에너지저장시스템(ESS) 시장에서의 기술적 경쟁 우위 확보, 금속 음극 관련 원천특허 선점, 수입 연료 대체 및 배터리 유지비 절감 등 경제적·산업적 파급력이 크며, 세계 시장 수출 전략에도 결정적인 기술 기반을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구의 내용은 1) 방호성능 및 대피 라우팅을 갖춘 SIP 최적화 솔루션 개발, 2) 지열에너지 및 Energy Storage System (ESS) 기술이 적용된 에너지 자립형 SIP 개발, 3) 무전력 Germ-free 식수생산을 갖춘 SIP 개발이다.
본 연구에서는 대피시설을 구축하기 위한 건설 기술 개발뿐만 아니라 다양한 위협에 대한 확률론적 분석, 인간공학, 에너지공학, GIS 기반 대피시설 위치선정 기술, 빅데이터를 활용한 최적 대피안내 알고리즘 개발 등을 포함하고 있어 4차산업 시대에 적합한 건설중심 융·복합 연구를 수행하고자 하였다.
이를 통해 현재 대피시설의 방호 성능 향상, 인간중심 스마트 SOS 인프라구축, 대피시설 간의 연계를 통한 효율적 대피시스템 개발이 기대된다. 본 연구의 그룹별 연구내용은 다음과 같다.
1그룹: 방호성능 및 대피 라우팅을 갖춘 SIP 최적화 솔루션 개발
1-1: SIP 구조보강기법 및 대피로 확보기술 개발
1-2: CBRNE 시나리오 기반 최적 SIP 위치선정 및 대피 시뮬레이터 개발
2그룹: 지열에너지 및 ESS 기술이 적용된 에너지 자립형 SIP 개발
2-1: 지하 SIP 냉난방 및 Energy Balance를 위한 지열에너지 활용 기술 개발
2-2: 에너지 자립형 SIP 구축을 위한 ESS 및 Smart Grid 시스템 개발
3그룹: 무전력 Germ-free 식수 생산을 갖춘 SIP 개발
3-1: 무전력 Germ-free 식수 생산 및 위생 화장실 기술 개발
이온/전류분포 동시제어 metallophilic 자가지지기반 반수지 금속 음극 개발 및 미래형 금속 배터리 응용
1. Anti-수지상 metallophilic 합금/자가지지체의 가역적 전착/탈리 반응 구현- Li/Zn 균일 핵생성 & 균일 전착 유도기술이 적용된 무기 세라믹소재 개발 및 metallophilic 자가지지체 소재 복합 기술 개발- 복합 이온/전기분포제어형 무기소재의 계층적 자가지지체 구조 내부 최적 배치 설계2. 미래형 배터리 금속 계면 보호용 선택적 ...
Metallophilic 합금
무기소재
반수지상 음극
이온/전류분포 제어
자가지지형 구조
3
2022년 2월-2027년 2월
|359,924,000원
이온/전류분포 동시제어 metallophilic 자가지지기반 반수지 금속 음극 개발 및 미래형 금속 배터리 응용
1. Anti-수지상 metallophilic 합금/자가지지체의 가역적 전착/탈리 반응 구현- Li/Zn 균일 핵생성 & 균일 전착 유도기술이 적용된 무기 세라믹소재 개발 및 metallophilic 자가지지체 소재 복합 기술 개발- 복합 이온/전기분포제어형 무기소재의 계층적 자가지지체 구조 내부 최적 배치 설계2. 미래형 배터리 금속 계면 보호용 선택적 ...
Metallophilic 합금
무기소재
반수지상 음극
이온/전류분포 제어
자가지지형 구조
미래형 금속전지
4
주관|
2022년 2월-2027년 2월
|399,915,000원
이온/전류분포 동시제어 metallophilic 자가지지기반 반수지 금속 음극 개발 및 미래형 금속 배터리 응용
1. Metallophilic 합금 자가지지체 기반 anti-수지상 금속 음극 개발
- Metallophilic 이온전도성 합금/무기소재 데이터베이스 구축 및 anti-수지상 자가지지체 개발 전략 수립
- 유기계·수계 전해질 환경 금속 수지상 성장 반응 이해
- Li/Zn 금속 배터리용 합금 anti-수지상 자가지지체 개발
2. Metallophilic 무기소재 기반 금속 균일 전착 유도 기술 개발 및 자가지지체 수지상 억제 기능성 강화
- Metallophilic 무기소재 기반 금속 전착/탈리 제어 기술 개발
- Li/Zn 금속 배터리용 균일 전착 유도 다차원 자가지지체 개발
- 지능형 전류분포제어 Li/Zn 음극 계면 보호층 개발
3. Anti-수지상 자가지지체의 복합 이온/전류분포제어형 혁신적 계층 구조화
- 복합 이온/전류분포제어형 혁신 계층적 구조 anti-수지상 자가지지체 개발
- Li/Zn 금속 전착/탈리 고용량화 및 전고체전지 적용
- 미래형 금속 배터리용 공정 변수 도출 및 전략적 자가지지체 모델 수립
4. 미래형 금속 배터리(Li-S, Li/Zn-air) 특화형 고안정성 금속 음극 자가지지체 디자인
- 선택적 이온투과층 기반 저반응성 금속 음극 계면 제어 기술 개발
- Li/Zn-air 배터리용 산화방지 음극 후막화 기술 개발
- 장기 안정성 음극 보호층-전해질 셀 환경 시스템 연구
5. 미래형 금속 배터리 풀셀 작동 변수 정밀 제어를 통한 최적 운전 인자 도출
- Li-S, Li/Zn-air 배터리용 고안정성 anti-수지상 금속 음극 개발
- 미래형 금속 배터리 부반응 및 반응 생성물 제어
- Li/Zn 음극 고내구성화 및 최적 운전 인자 도출
귀금속 인화물기반 고효율 수소발생 촉매 개발
비백금계 귀금속기반 수소발생 전극 조성 및 후보물질 탐색/선정
M-P 시스템 기반 촉매 내 M/P 조성비 제어를 통한 수소발생효율 최적조건 수립
Ru, Ir, Pd, S, N 등 이종원소 도핑/치환을 통한 촉매 효율 극대화
이종원소 도핑/치환에 따른 촉매효율향상 기전 규명
2. 고내구성, 과전압 저하 비탄소 담지체 개발
담지체 적용가능 산화물 및 비산화물계 소재탐색 및 후보물질 선정
이종원소 도핑/산소공공 제어를 통한 금속산화물계 고전도/고내구성 촉매 담지체 개발
형상제어를 통한 금속탄화물/질화물 기반 다공성 담지체 개발
결정학적 노출면 제어를 통한 촉매-담지체 상호작용 변수 최적화
3. 라만/광전자 분광분석법 기반 촉매-담지체 상호작용 메커니즘 연구
실시간 표면증강 라만 분광분석법을 통해 상온의 수용액 전해질에서 전위 변화에 따른 반응 중간체 검출 및 촉매 표면 상태 분석
촉매/담지체별 소재 물성 파라미터 (촉매-중간체 결합의 진동 파수, d-band center, 표면 조성, 금속 산화 수 등) 추출
촉매-담지체 간 상호작용으로 인한 반응 중간체의 결합 친화도 변화 분석
4. 양산화 공정기술 및 촉매-담지체 하이브리드 전극 공정기술 개발
전기방사 및 후속 화학기상증착법 연계 나노촉매/담지체 연속제조 공정기술 개발
용액 기반 공정을 통한 고비표면적/다공성 나노촉매/담지체 양산화 공정기술 개발
담지 전구체/촉매 전구체 하이브리드 복합나노물질 합성 및 전극화 공정기술 개발
5. 소형 MEA 평가를 통한 촉매 스크리닝
개발된 다양한 전극들을 적용한 소형 MEA의 성능 비교를 통해 최적 전극 도출
중·대형 MEA에 개발 전극을 적용하기 위한 기반 연구 수행
