KETI-성균관대, 전고체전지 이온·전자 전도성 향상 기술 개발
2025-03-14
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KETI-성균관대, 전고체전지 이온·전자 전도성 향상 기술 개발
2025-03-14
전고체 전지의 전극은 일반적으로 활물질, 고체 전해질, 도전재를 혼합해 구성된다. 하지만 고체 전해질 함량이 증가하면 이온 전도성은 높아지는 반면 전자 이동이 저해된다. 도전재인 카본 블랙의 함량이 증가하면 전자 전도성은 향상되지만 이온 이동이 제한돼 이온과 전자 전도성을 동시에 극대화하는 것이 주요 기술적 과제로 남아 있다.
KETI 차세대 전지연구센터와 김영준 성균관대 나노과학기술원 교수 연구팀은 고체 전해질과 탄소 나노섬유(CNF)를 함께 합성하는 방식을 개발함으로써 전고체 전지의 이온 및 전자 전도성을 동시에 향상시키고 충·방전 속도와 수명이 개선됨을 확인했다.
구체적으로 연구진은 고체 전해질 합성 과정에서 탄소 나노섬유(CNF)를 균일하게 분산시키는 기계적 밀링과 열처리 공정을 적용한 복합화 방식을 적용했다.
기술 개발을 주도한 김경수 박사(수석연구원)는 "본 기술은 기존 고체 전해질 합성 공정에 CNF를 추가하는 비교적 단순한 방식으로 구현되어 상업적 적용이 용이할 것으로 기대된다"며 "센터는 연구 결과를 바탕으로 전고체 전지 성능 극대화를 위한 요소 기술 개발에 집중할 계획"이라고 밝혔다.
한편 황화물계 고체 전해질은 이온 전도도가 높지만 탄소와의 산화반응으로 충·방전 반복 시 성능이 저하되는 문제가 있었다. 하지만 이번 기술을 적용하면 100회 충·방전 후에도 용량 유지율이 기존 대비 약 35% 향상되는 것으로 확인됐다.
KETI의 연구 성과는 그 우수성을 인정받아 재료화학 분야 국제 학술지인 '재료화학 A 저널(Journal of Materials Chemistry A, IF=10.7)' 최신 호에 게재됐다.
송준호 KETI 차세대전지연구센터 센터장은 "연구진은 차세대배터리의 소재 및 전극 기술부터 전지 제조 기술까지 폭넓은 연구를 진행하고 있으며 특히 충청북도 오창에 리튬이차 전지 및 전고체 전지 평가·분석 시설 구축을 추진하고 있다"며 "KETI는 배터리 분야 국내 핵심 거점으로서 전고체 전지 상용화 연구에 주력하겠다"고 밝혔다.
** Electrochemical Nano Energy Materials & devices Lab (ENEM)
관심분야
Nanomaterials for Rechargeable Batteries
학력
(PhD) 서울대학교 자원공학 (1994-1999)
약력/경력
일본 큐슈대학교 박사 후 연구원 (1999-2001)
삼성 SDI 전지본부 개발팀 과장 (2001-2005)
현대자동차연구소 연료전지시스템개발팀 차장 (2006)
전자부품연구원 차세대전지연구센터 센터장(책임연구원) (2006-2016)
학술지 논문
(2024) Accelerating ionic–electronic percolation pathways via catecholate coordination of bioinspired-polymer dopamine in all-solid-state composite cathode. CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL. 497
(2024) Enhancing micro-scale SiOx anode durability: Electro-mechanical strengthening of binder networks via anchoring carbon nanotubes with carboxymethyl cellulose. JOURNAL OF ENERGY CHEMISTRY. 101, 1
(2024) Unraveling the Deposition and Dissolution Behavior of the Ag-Modified Li Surface Based on Electrochemical Atomic Force Microscopy. ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES. 16, 36
(2024) Kelvin Probe Force Microscopy and Electrochemical Atomic Force Microscopy Investigations of Lithium Nucleation and Growth: Influence of the Electrode Surface Potential. JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS. 15, 28
(2024) Stable immobilization of lithium polysulfides using three-dimensional ordered mesoporous Mn2O3 as host material in lithium–sulfur batteries. CARBON ENERGY. 6, 6
(2024) Dry-film technology employing cryo-pulverized polytetrafluoroethylene binder for all-solid-state batteries. CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL. 487, 1
(2024) Stable lithium metal anode enabled by a polymeric interlayer with high salt concentration for solid-state batteries. JOURNAL OF ENERGY STORAGE. 84
(2024) Reinforcement of Positive Electrode-Electrolyte Interface without Using Electrolyte Additives Through Thermoelectrochemical Oxidation of LiPF6 for Lithium Secondary Batteries. SMALL. 20, 10
(2023) Astonishing performance improvements of dry-film graphite anode for reliable lithium-ion batteries. CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL. 476, 1
(2023) Dual-Supporter and Dual-Salt Strategy for Solid Polymer Electrolyte with High Ionic Conductivity and Elastic Toughness. ADVANCED ELECTRONIC MATERIALS. 9, 8
(2023) LiTFSI salt concentration effect to digest lithium polysulfides for high-loading sulfur electrodes. JOURNAL OF ENERGY CHEMISTRY. 78, 1
(2022) Design of densified nickel-rich layered composite cathode via the dry-film process for sulfide-based solid-state batteries. JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A. 10, 43
(2022) Microstructure engineering of nickel-rich oxide/carbon composite cathodes for fast charging of lithium-ion batteries. CERAMICS INTERNATIONAL. 48, 21
(2022) Carbon nanotubes-coated Ni-rich cathodes for the green manufacturing process of lithium-ion batteries. INTERNATIONAL JOURNAL OF ENERGY RESEARCH. 46, 11
(2022) Self-adaptive anode design with graphene-coated SiOx/graphite for high-energy Li-ion batteries. CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL. 442
(2022) Densification and charge transport characterization of composite cathodes with single-crystalline LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 for solid-state batteries. ENERGY STORAGE MATERIALS. 46
(2021) Controlling a lithium surface with an alkyl halide nucleophile exchange. JOURNAL OF ENERGY CHEMISTRY. 62, -
(2021) Graphene collage on Ni-rich layered oxide cathodes for advanced lithium-ion batteries. NATURE COMMUNICATIONS. 12, 1
(2021) Self-Formulated Na-Based Dual-Ion Battery Using Nonflammable SO2-Based Inorganic Liquid Electrolyte. SMALL. 17, 9
(2020) Comparative study of thermal runaway and cell failure of lab-scale Li-ion batteries using accelerating rate calorimetry. JOURNAL OF INDUSTRIAL AND ENGINEERING CHEMISTRY. 83, 1
특허/프로그램
POSITIVE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY AND METHOD OF PREPARING SAME. 14/375140. 20171121. 미국
PRECURSOR OF CATHODE ACTIVE MATERAL FOR ALITHIUM SECONDARY BATTERY, METHOD FOR MANUFACTURING THE PRECURSOR, CATHODE ACTIVE MATERIAL AND LITHIUM SECONDARY BATTERY INCLUDING THE CATHODE ACTIVE MATERAL. 14/347193. 20170328. 미국
수상/공훈
Outstanding Research Achievement Award, Ministry of Science, ICT and Future Planning(2016)
학술회의논문
(2021) Natural Activation of CuO to CuCl2 as a Cathode Material for Dual-Ion Lithium Metal Batteries. 72nd Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry. 대한민국
(2018) Capacity enhancement by adding graphene into Cu2O cathode of Li-SO2 battery. 한국전기화학회 2018년도 추계총회 및 학술발표회. 대한민국
(2018) Study on conversion reaction of CuS for Lithium rechargeable batteries. 한국전기화학회 2018년도 추계총회 및 학술발표회. 대한민국
(2018) 급속 충 방전시 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2의 전기 화학적 성능에 대한 전도성 물질로서 CNT 효과 연구. 2018년도 한국전기화학회 추계총회 및 학술발표회. 대한민국
(2018) 전환반응을 이용한 차세대이차전지 전극소재(Electrode materials for next generation batteries through conversion reaction). 2018 한국공업화학회 추계 총회 및 학술대회. 대한민국
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