기술 개요
“수소 생산과 전력 저장 과정에서 에너지 변환 효율과 전지 안정성을 함께 높이는 소재·공정 기술입니다.”
산업 별 활용 방안
그린수소 생산설비와 수전해 시스템을 개발하는 기업·기관
수전해 설비를 개발하는 기업·기관은 수소 생산량을 높이면서도 전극 소재가 고전류 운전에서 안정적으로 작동하도록 설계해야 합니다. 본 기술의 나노프레임 수소발생 촉매를 알칼리성 수전해 전극 소재 개발에 적용해 활성점 노출, 전해질 접촉, 수소 기포 이탈을 고려한 촉매 성능을 검토할 수 있습니다. 기존 셀을 즉시 교체하기보다 촉매 합성 조건과 전극 제조 조건을 함께 검증하는 시제품·PoC 단계로 결합할 수 있습니다.
전고체전지 소재와 셀을 개발하는 배터리 기업·기관
전고체전지를 개발하는 기업·기관은 안전성을 높이면서도 고체 전해질의 이온 이동 특성, 전극 계면, 제조 재현성을 함께 관리해야 합니다. 본 기술은 황화물계 아지로다이트 고체 전해질의 전구체 형성부터 열처리까지의 제조 공정으로 적용해 전고체전지용 전해질과 전극 소재 조성을 검토할 수 있습니다. 기존 소재 개발 체계를 바꾸기보다 후보 조성의 합성 공정과 셀 성능을 비교하는 공동평가 단계로 도입할 수 있습니다.
고용량 리튬이온전지와 ESS용 전극을 개발하는 기업·기관
고용량 전지를 개발하는 기업·기관은 실리콘 음극의 높은 저장 용량을 활용하려 해도 충방전 반복에 따른 전극 팽창과 균열로 수명이 저하되는 문제를 관리해야 합니다. 본 기술의 피브린 기반 수용성 바인더를 전극 슬러리 제조에 적용해 실리콘 입자와 도전재의 결합을 유지하고, 전극의 팽창 및 계면 저항 증가를 줄이는 방향으로 검토할 수 있습니다. 수계 전극 제조 공정에서 바인더 조성부터 적용한 뒤, 기존 전극 설비와의 호환성 및 풀셀 성능을 단계적으로 평가할 수 있습니다.
기술 설명
어떤 기술인가요?
수소 생산용 촉매와 이차전지 소재는 전기를 수소로 바꾸거나 전기를 저장하는 과정에서 반응 효율과 장기 안정성을 좌우하는 핵심 요소입니다. 본 기술 포트폴리오는 수전해 수소발생 촉매, 전고체전지용 고체 전해질, 실리콘 음극용 수계 바인더를 통해 에너지 변환·저장 장치의 성능 저하 요인을 다룹니다. 루테늄이 도핑된 중공 나노프레임으로 알칼리성 수전해에서 활성점 노출과 물질전달을 높이고(특허 1), 급속 승온 용매열 합성과 열처리로 아지로다이트 구조의 황화물계 고체 전해질을 제조하며(특허 2), 피브린·알긴산 기반의 3차원 결합망으로 실리콘 음극의 팽창과 균열을 억제하는(특허 3) 기법으로 에너지 소재의 반응성·구조 안정성·제조 공정성을 함께 확보합니다.
어떤 문제를 해결하나요?
1. 알칼리성 수전해의 높은 에너지 소모와 촉매 열화
알칼리성 수전해에서는 물 분해와 중간물질 탈착 반응이 느려 수소 생산에 더 많은 에너지가 필요할 수 있으며, 고전류 운전에서는 촉매 활성과 구조를 오래 유지하기도 어렵습니다. 루테늄 도핑으로 촉매의 전자구조를 조절하고, 내부가 비어 있는 나노프레임과 탄소 캡슐층으로 활성점 노출·전해질 접촉·물질전달 경로를 확보해 수소발생반응을 촉진합니다.
2. 고체 전해질 제조의 시간·순도·전도성 문제
전고체전지용 황화물계 전해질은 기존 고상 공정에서 긴 처리 시간과 높은 에너지가 필요할 수 있고, 저온 액상 공정에서는 합성 시간이 길거나 부산물로 인해 이온 이동 특성이 저하될 수 있습니다. 출발물질을 용매에 녹인 뒤 급속 승온으로 전구체를 형성하고 불활성 분위기 열처리로 아지로다이트 결정 구조를 만들어, 균일한 원소 분포와 리튬 이온 이동 경로를 확보합니다.
3. 실리콘 음극의 팽창·균열에 따른 수명 저하
실리콘 음극은 충전과 방전 과정에서 부피가 크게 변해 활물질과 도전재의 결합이 약해지고, 전극 균열과 계면층 증가로 용량이 감소할 수 있습니다. 피브린의 3차원 결합망에 알긴산과 다가 양이온을 조합해 강성과 응력완화 특성을 조절하고, 실리콘 입자와 도전재를 수소결합으로 결속해 전극 형태와 전도 경로를 유지합니다.
연구자 및 특허 소개
김동완
고려대학교 건축사회환경공학부
前 MIT 박사후 연구원(2003년부터 2005년까지) · 한국과학기술연구원 선임연구원(2005년부터 2009년까지)
前 아주대학교 화공신소재공학부 조교수(2009년부터 2013년까지) · 아주대학교 에너지시스템학과 부교수(2013년부터 2014년까지)
現 고려대학교 건축사회환경공학부 교수(2017년부터 현재) · 前 고려대학교 건축사회환경공학부 부교수(2014년부터 2017년까지)
“저희 연구진은 수전해용 전이금속 인화물 나노프레임 촉매, 황화물계 고체 전해질, 수용성 바인더 기반 음극을 통해 에너지 변환 및 저장 효율을 높이는 소재·공정 기술을 연구하고 있습니다. 그린수소 생산설비, 전고체전지, 고성능 리튬이온전지와 ESS용 소재를 개발하는 기업·기관은 각 기술을 촉매·전해질·전극 소재 개발에 활용할 수 있습니다. 기술 이전과 상용화 자문, 기업과의 공동연구 및 시제품 성능 평가, 신규 R&D 과제 기획을 위한 협업을 통해 실제 적용 가능성을 함께 검토하고자 합니다.”
FAQ
연구자가 보유한 기술을 기업에 소개하는 기술 제안 자료입니다. 알앤디써클은 기업이 이 자료를 검토한 뒤 기술 도입이나 협업을 판단할 수 있도록, 연구자·연구기관과의 연결을 지원합니다.
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문의와 검토 과정에는 비용이 발생하지 않습니다. 기술 도입 조건은 이후 연구기관과 협의해 정하게 됩니다.
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