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황 - 하이브리드 복합체를 이용한 리튬 - 황 전지용 양극 활물질
분야
에너지/자원

황 - 하이브리드 복합체를 이용한 리튬 - 황 전지용 양극 활물질

보유기관 및 연구자 : 한국기초과학지원연구원

개발상태
5/9

기술완성도

TRL09

사업화

  • 본격적인 양산 및 사업화 단계
TRL08

시작품 인증/
표준화

  • 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
    - 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등
TRL07

Pilot 단계 시작품
신뢰성 평가

  • 시작품의 신뢰성 평가
  • 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계
TRL06

Pilot 단계 시작품
성능 평가

  • 경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가
  • 시작품 성능평가
TRL05

시제품 제작/
성능평가

  • 개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가
  • 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발
TRL04

연구실 규모의
부품/시스템 성능평가

  • 연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계
  • 실용화를 위한 핵심요소기술 확보
TRL03

연구실 규모의
성능 검증

  • 연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계
  • 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계
  • 모델링/설계기술 확보
TRL02

실용 목적의 아이디어/
특허 등 개념 정립

  • 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
TRL01

기초 이론/
실험

  • 연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계

기술개요

리튬-황 전지에서 황은 부도체에 해당하여 다이설파이드 결합에 의한 해리-재결합 전기화학 반응이 어려움이 있음
폴리설파이드 문제로 황의 활용이 불안정하며, 충방전 사이클이 반복될수록 황의 손실이 발생하여 전지 성능이 저하됨
황의 물리적 특성으로 인해 황-황 결합 및 황-리튬 결합의 형성에 대한 제어가 어렵고, 결과적으로 황의 활용성 및 전지 성능의 안정화가 불가능함

기존기술 대비 개선점

- 단순산화철과 단순니켈물 모두 포함하는 복합체를 제작하여 전지 성능을 개선함
- 나노크기 입자의 크기와 형상 제어를 통해 폴리설파이드 문제를 최소화하고, 황의 안정적 활용을 가능하게 함
- 황의 전자적 특성을 효과적으로 활용하여 충방전 사이클의 안정성을 개선함
- 단일 입자 및 복합 입자를 공정을 통해 황의 나노구조의 특성을 최적화하여 전지 성능 개선함

기술 구현 내용

하이브리드 구조체 제조
1단계: 단일화된 황 입자의 추출 준비
2단계: 단일 황 입자 및 산화니켈과의 복합체 형성 및 가열
3단계: 전구체를 산화처리하여 이중하이브리드 구조체 제조