• 에너지 저장소자
   

 저탄소 녹색성장을 위해 세계적으로 환경규제가 심화되고 신재생 에너지, 차세대 에너지사업이 각광을 받음과 동시에 전기자동차에 대한 수요가 증가함에 따라 에너지저장 장치 또한 오랫동안 연구·개발되고 있다. 리튬 이온 이차전지는 상용화되어 있는 전지에 비하여 가벼우면서도 에너지밀도가 높아 많은 분야에 응용되고 있다. 상용화된 리튬이온 이차전지의 음극인 탄소 계열 물질의 용량은 372mAh/g 정도지만 스마트 기기의 대형화, 전기자동차의 필요성에 의해서 더 큰 용량의 배터리가 필요하게 되었다. 따라서 음극을 리튬메탈로 대체하여 매우 높은 이론용량(3860mAh/g)을 기대할 수 있는 리튬메탈배터리가 차세대 음극 소재로 주목받고 있다. 하지만, 리튬 메탈의 수지상 성장으로 인한 불균일한 Li-ion flux와 불안정한 SEI의 형성은 리튬메탈음극의 안정성을 크게 저해한다. 따라서 본 연구실에서는 이를 해결하고자 리튬메탈음극과 액체·고체전해질의 계면 안정화를 위한 깊이 있는 연구를 수행하고 있다.

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액체 전해질의 경우에는 리튬 메탈 음극에 전도성 interlayer를 활용하여 안정성을 높이는 연구가 진행 중이다. 탄소계 및 전도성 고분자로 구성된 interlayer를 도입하여 기존 금속 계열의 interlayer에 비하여 훨씬 가벼운 무게로 균일한 Li-ion flux를 실현하였으며, 작용기 도입으로 유도된 무기물층과 자가적인 F 도핑 메커니즘을 통해 안정한 무기물 SEI를 유도하는 연구가 이루어지고 있다. 이외에도 안정성 강화 분리막에 단분자층 코팅 기술(Self-assembeld monolayer)을 도입하여 리튬 메탈 배터리를 화학적으로 안정화하는 연구도 진행 중이다.

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고체 전해질의 경우에는 무기 고체전해질과 복합 고체전해질에 대한 연구가 이루어지고 있다.

무기 고체전해질에 관해서는 전극 사이의 계면 열화 현상의 원인 분석 및 반도체 공학 기반의 계면 안정화 메커니즘을 규명하고 있으며, 이에 대한 이해를 바탕으로 계면 안정화를 실현할 수 있는 계면 처리 소재와 공정에 관한 연구가 함께 진행되고 있다.

복합 고체전해질에 관해서는 전위 노이즈를 특징으로 하는 열화 현상을 최신 고도분석을 통해 밝혀내고, 열화 방지 기법을 개발하여 특성 향상을 끌어내는 연구가 진행된 바 있다. 또한, 무기필러-고분자 계면 엔지니어링을 통해 전해질의 상온 성능을 향상했으며, 본 연구실에서 누적된 다수의 복합 고체전해질 데이터를 활용하여 머신러닝을 통한 복합 전고체전지용 양극 조성 설계에 대한 연구도 진행 중이다.