ETRI, 고체 전해질 없는 이차전지 양극 개발

출처 : 한국전자통신연구원
등록일 : 2021-07-13
조회 : 69

<div style="text-align: justify;" align="justify"><span style="font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt; color: rgb(58, 50, 195);"><span style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt;"></span></span><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">ETRI, 고체 전해질 없는 이차전지 양극 개발</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><br></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">- 이황화티타늄(TiS2) 활물질과 바인더로만 양극 구성 제안</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">- DIGIST와 입자 간 확산 특성 규명, 에너지밀도 1.3배 높여</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">국내 연구진이 지난해 새로운 전고체(All-Solid-State) 이차전지용 음극 구조를 개발한 데 이어 양극 구조까지 개발하는 데 성공했다.&nbsp;</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">본 기술은 안전하면서도 성능이 높은 전고체 이차전지를 구현하는 데 큰 도움이 될 전망이다.</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">한국전자통신연구원(ETRI)은 14일, 고체 전해질 없이 활물질로 이황화티타늄(TiS2)만을 사용해 양극을 구성하는 새로운 전극 구조를 개발했다고 밝혔다.&nbsp;</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">본 성과는 지난달 세계적인 학술지인 『에너지 스토리지 머티리얼즈』 에 온라인으로 등재되며 우수성을 입증받았다.</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">전고체 이차전지는 배터리에서 이온을 전달하는 전해질로 고체를 적용한 차세대 전지다.&nbsp;</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">고체 전해질은 가연성이 있는 액체 전해질보다 화재로부터 안전하다.&nbsp;</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">또한, 리튬이온전지에서는 구현이 불가한 바이폴라형 이차전지를 만들 수 있어 에너지 밀도 향상에도 유리하다.</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">전고체 이차전지의 양극은 주로 전자 전도를 담당하는 도전재, 이온 전도를 담당하는 고체 전해질, 에너지 저장을 담당하는 활물질, 그리고 이들을 물리적, 화학적으로 잡아주는 바인더로 구성된다.&nbsp;</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">전극 안에서 리튬이온이 원활하게 이동하도록 만들기 위해서는 고체 전해질이 꼭 필요했다.&nbsp;</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">하지만 고체 전해질 구성비가 늘어나면 상대적으로 활물질이 적게 들어가 에너지 밀도를 늘리는 데 한계가 있었다.</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">또한 황화물계 고체 전해질이 포함된 복합 전극의 경우, 높은 화학적 반응성으로 인해, 용매 및 바인더 선택이 까다롭고 수분을 극도로 제어해야 하는 등 제조공정이 까다롭다는 단점이 있었다.&nbsp;</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">이에 ETRI는 고체 전해질 없이 이황화티타늄(TiS2)에 압력을 줘서 입자 간 빈틈이 없게 만든 활물질과 바인더로만 양극을 구성하는 전지 구조를 제안했다.</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">연구진은 대구경북과학기술원(DGIST) 공동연구팀의 도움을 받아 리튬이온이 직접 이황화티타늄 입자들을 통해 원활하게 확산하는 것을 확인했다.&nbsp;</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">고체 전해질이 없는 양극 구조로도 전고체 이차전지 성능을 구현할 수 있음을 보인 셈이다.</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">고체 전해질을 사용하지 않은 만큼 활물질 함량을 늘릴 수 있어 같은 용량에 고체 전해질을 사용했을 때보다 에너지밀도를 1.3배 이상 높일 수 있는 점도 확인했다.&nbsp;</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">또한, 용매와 바인더 선택이 자유롭고 기존 리튬이온전지의 극판 제조공정을 그대로 활용할 수 있어 전고체 이차전지 성능 및 가격경쟁력 향상에 크게 이바지할 수 있다.&nbsp;</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">연구진은 해당 활물질을 나노화하면 전기화학적 성능을 크게 향상시킬 수 있음을 이론적으로 예측하고 이를 실험적으로 검증하면서 본 성과를 낼 수 있었다고 밝혔다.&nbsp;</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">기존에 흑연을 기반으로 한 음극 구조를 개발한 경험과 노하우도 한몫을 했다.</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">본 과제 총괄 책임자인 ETRI 이영기 지능형센서연구실 책임연구원은 “음극과 양극 모두에서 활물질만으로 이온을 확산할 수 있다는 것을 최초로 확인했다. 본 기술을 근간으로 에너지밀도를 더욱 향상할 핵심 원천 기술을 확보하고 상용화에 이바지하겠다”라고 밝혔다.</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">ETRI는 음극과 양극 각각의 에너지 밀도를 대폭 높일 가능성을 확인한 본 성과를 기반으로 전고체 전지 관련 후속 연구를 진행할 예정이다. 또한, 전지 구조를 종합하면서 출력 특성을 개선할 수 있는 연구도 병행할 계획이다.</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">본 연구는 ETRI가 주관하며 DGIST 이용민 교수팀과 공동 연구가 이뤄졌다.&nbsp;</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">논문 1저자는 ETRI 김주영 박사와 DGIST 박주남 박사이며 과학기술정보통신부 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업 및 ETRI 기본사업(ICT 소재·부품·장비 자립 및 도전기술개발) 지원으로 수행되었다.&nbsp;</span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><div align="justify" style="text-align: justify;"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">-논문명 :&nbsp;<a href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S240582972100266X" target="_blank"><span style="font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt;">Revisiting TiS2 as a diffusion-dependent cathode with promising energy density for all-solid-state lithium secondary batteries</span></a></span></div><div align="justify" style="text-align: justify;"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></div><div align="justify" style="text-align: justify;"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">-abstract</span></div><div align="justify" style="text-align: justify;"><span style="color: rgb(46, 46, 46); font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt;">All-solid-state lithium batteries require a well-designed electrode structure to efficiently charge and discharge active materials. Mimicking electrodes impregnated with liquid electrolyte in lithium-ion batteries, composite-type all-solid-state electrodes have been widely utilized. An alternative electrode configuration is the diffusion-dependent electrode, which consists mostly of active material. Unlike the composite electrode, which uses lithium-ion transport via a percolated solid electrolyte, the diffusion-dependent electrode uses interparticle lithium-ion diffusion through active material particles with a seamless interface. In this design, the energy density dramatically increases owing to the increased content of active material in the electrode. Herein, titanium disulfide (TiS</span><span style="box-sizing: border-box; margin: 0px; padding: 0px; font-size: 11pt; line-height: 0; position: relative; vertical-align: baseline; bottom: -0.25em; color: rgb(46, 46, 46); font-family: 돋움, dotum;">2</span><span style="color: rgb(46, 46, 46); font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt;">) is systematically explored as an appropriate material applicable as a diffusion-dependent cathode owing to its outstanding mechanical and electrochemical properties. Based on the morphology-based study of TiS</span><span style="box-sizing: border-box; margin: 0px; padding: 0px; font-size: 11pt; line-height: 0; position: relative; vertical-align: baseline; bottom: -0.25em; color: rgb(46, 46, 46); font-family: 돋움, dotum;">2</span><span style="color: rgb(46, 46, 46); font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt;">&nbsp;particles, the diffusion-dependent cathode composed of spherical TiS</span><span style="box-sizing: border-box; margin: 0px; padding: 0px; font-size: 11pt; line-height: 0; position: relative; vertical-align: baseline; bottom: -0.25em; color: rgb(46, 46, 46); font-family: 돋움, dotum;">2</span><span style="color: rgb(46, 46, 46); font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt;">&nbsp;nanoparticles stably delivers high areal and volumetric capacities of ~ 9.43 mAh/cm</span><span style="box-sizing: border-box; margin: 0px; padding: 0px; font-size: 11pt; line-height: 0; position: relative; vertical-align: baseline; top: -0.5em; color: rgb(46, 46, 46); font-family: 돋움, dotum;">2</span><span style="color: rgb(46, 46, 46); font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt;">&nbsp;and ~ 578 mAh/cm</span><span style="box-sizing: border-box; margin: 0px; padding: 0px; font-size: 11pt; line-height: 0; position: relative; vertical-align: baseline; top: -0.5em; color: rgb(46, 46, 46); font-family: 돋움, dotum;">3</span><span style="color: rgb(46, 46, 46); font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt;">, respectively, at a loading level of 45.6&nbsp;mg/cm</span><span style="box-sizing: border-box; margin: 0px; padding: 0px; font-size: 11pt; line-height: 0; position: relative; vertical-align: baseline; top: -0.5em; color: rgb(46, 46, 46); font-family: 돋움, dotum;">2</span><span style="color: rgb(46, 46, 46); font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt;">, which corresponds to specific energy densities of 414&nbsp;Wh/kg</span><span style="box-sizing: border-box; margin: 0px; padding: 0px; font-size: 11pt; line-height: 0; position: relative; vertical-align: baseline; bottom: -0.25em; color: rgb(46, 46, 46); font-family: 돋움, dotum;">electrode</span><span style="color: rgb(46, 46, 46); font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt;">&nbsp;and 1155&nbsp;Wh/L</span><span style="box-sizing: border-box; margin: 0px; padding: 0px; font-size: 11pt; line-height: 0; position: relative; vertical-align: baseline; bottom: -0.25em; color: rgb(46, 46, 46); font-family: 돋움, dotum;">electrode</span><span style="color: rgb(46, 46, 46); font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt;">. The proposed TiS</span><span style="box-sizing: border-box; margin: 0px; padding: 0px; font-size: 11pt; line-height: 0; position: relative; vertical-align: baseline; bottom: -0.25em; color: rgb(46, 46, 46); font-family: 돋움, dotum;">2</span><span style="color: rgb(46, 46, 46); font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt;">&nbsp;electrode, which can be fabricated by a practical slurry-based process using a conventional binder and solvent, is a strong candidate as a cathode for commercially available all-solid-state lithium batteries.</span></div><div align="justify" style="text-align: justify;"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></div><div align="justify" style="text-align: justify;"><span style="font-size: 11pt; font-family: 돋움, dotum;">👉논문보러가기&nbsp;</span><a href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S240582972100266X" target="_blank" style="font-size: 14.6667px;"><span style="font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt;">https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S240582972100266X</span></a></div></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><font face="돋움, dotum"><span style="font-size: 14.6667px;"><br></span></font></div><div style="text-align: justify;" align="justify"><span style="font-family: 돋움, dotum; font-size: 11pt; color: rgb(58, 50, 195);">※ 자세한 내용은 URL을 확인하시기 바랍니다.</span></div>

URL : https://www.etri.re.kr/kor/bbs/view.etri;jsessionid=39F24F6DFBCE3FC8C68E448759497C6C?keyField=&keyWord=&nowPage=1&b_board_id=ETRI06&year_gubun=&b_idx=18532

태그 : #에너지 #전력수급 #이차전지 #전고체 #음극구조 #양극구조 #이황화티타늄 #전해질 #이튬이온전지 #바이폴라 #황화물 #사회문제 #사회문제해결 #사회문제해결플랫폼