본 기술은 바나듐 산화물(V2O5) 기반 층상구조에서 포타슘(K) 사이트의 일부를 전기화학적으로 비활성인 스트론튬(Sr)으로 치환한 양극활물질 기술입니다. 이를 통해 충방전 중 구조적 안정성을 확보하고 이온 전달 속도와 수명 특성을 향상시킵니다.
포타슘 이온은 이온 반경이 커서 삽입과 탈리 과정에서 결정 구조에 큰 스트레스를 주는 문제가 있었습니다. 또한 넓은 층간 간격 때문에 전해질과의 부반응이 심하고, 장기 사이클에서 결정 구조가 붕괴되어 수명과 용량이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 K-V-O 층상구조 내 포타슘 일부를 K:Sr 원자비 2~15:1 범위로 스트론튬으로 치환해 강한 Sr-O 결합을 형성하도록 구성됩니다. 수열 합성법으로 평균 200~800nm 크기의 나노 입자를 제조해 전기화학적 특성과 기계적 물성을 함께 개선합니다. 리튬 자원 의존도를 낮춘 포타슘 이온 전지, 저비용 전력저장장치용 양극재 생산 라인에 적용될 수 있어 4.2V를 넘는 고전압 구동 조건에서도 층상 골격이 무너지지 않는 양극을 구현할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 고 에너지 밀도 포타슘 이온전지용 고전압 층상계 양극 소재 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
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