본 기술은 리튬 이온으로 교환하지 않은 Y, 베타, 모데나이트 등 특정 제올라이트를 이온 전도성 고분자와 리튬염 매트릭스에 분산시켜, 고분자의 결정화를 막고 루이스 산-염기 상호작용으로 리튬 이온의 확산 경로와 농도를 최적화한 복합 고체 전해질 기술입니다.
기존 고체 전해질은 상온 이온 전도도가 약 10^-5 S/cm 수준에 머물러 전지 성능이 제한되었습니다. 또한 금속 리튬 음극과 함께 사용할 때 리튬 덴드라이트가 성장하고 전극 계면이 불안정해지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 나트륨, 수소 또는 암모늄 이온을 함유한 비교환 제올라이트 나노 입자를 PEO 등의 이온 전도성 고분자 및 LiTFSI 등의 리튬염과 혼합해, 고분자의 무정형 영역을 넓히고 제올라이트 표면의 리튬 이온 농도를 높이도록 구성됩니다. 그 결과 상온에서 4.5×10^-4 S/cm 이상의 이온 전도도를 확보하며, 리튬 금속 음극을 채용한 전고체 전지와 발화 위험을 낮춰야 하는 전기차·웨어러블 기기용 박막 전지에 적용될 수 있어 가열 장치 없이도 상온 구동이 가능한 고분자계 전해질 설계를 뒷받침합니다.
본 기술은 삼방정계 나시콘(NASICON) 구조의 NaV2(PO4)3를 양극 활물질로 사용하여, 나트륨 이온이 빠져나간 자리에 칼슘 이온(Ca2+)이 가역적으로 삽입·탈리되도록 한 칼슘 이온 전지용 전극 조성물 기술입니다.
V2O5, MoO3, Mo6S8 등 리튬 이온 전지용으로 개발된 기존 양극 물질은 2가 이온인 칼슘의 가역적 탈·삽입이 어려웠습니다. 이 때문에 칼슘 이온 전지에 그대로 적용하면 충·방전 자체가 불가능하거나 성능이 크게 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 Na3V2(PO4)3를 먼저 합성한 뒤 전기화학적 또는 화학적 산화로 나트륨 이온 일부를 제거해 NaV2(PO4)3 상태로 전환함으로써, 칼슘 이온이 드나들 수 있는 활성 사이트를 미리 확보하도록 구성됩니다. 리튬 자원 의존을 줄이려는 차세대 다가 이온 전지와 대용량 정치형 에너지저장장치용 양극 소재에 적용될 수 있어, 풍부하고 저렴한 칼슘을 전하 운반체로 활용하는 전지 개발의 실마리를 제공합니다.
본 기술은 리튬 이차전지 분리막 표면에 알루미늄 산화물(Al2O3)과 라디칼 소거제인 트리스(2,4,6-트리메틸페닐)포스핀(TMPP)의 복합체를 코팅하거나 내장하여, 전해질 분해로 생기는 유해 라디칼을 화학적으로 제거하고 전극 계면의 안정성을 높이는 기술입니다.
NCM811과 같은 고에너지 밀도 전극을 사용하면 전해질 분해 반응에서 불안정한 라디칼 중간체가 생성되고, 이 라디칼이 전지 내부의 연쇄 분해 반응을 가속하여 사이클링 성능이 떨어지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 Al2O3의 하이드록실기(-OH)와 TMPP를 응축 반응시켜 복합체를 제조한 뒤 딥 코팅 공정으로 폴리에틸렌(PE) 분리막 표면에 도입하도록 구성됩니다. 낮은 산화 상태의 인(P) 원소가 라디칼과 결합해 소거 작용을 하고, Al2O3가 표면 친수성을 높여 전해질 함침율과 이온 전도도가 개선됩니다. 기존 PE 분리막 코팅 라인을 그대로 활용하려는 분리막 제조사나 고니켈 양극 셀의 수명 연장이 필요한 전동공구·전기차 배터리에 적용될 수 있어 전해액 조성을 바꾸지 않고도 분리막 단에서 부반응 연쇄를 끊어낼 수 있습니다.
본 기술은 키토산 주쇄의 곁가지에 갈산(Gallic Acid)을 그래프트시켜 수용성을 확보하고, 갈산의 갈롤(gallol)기 사이에서 자가 가교와 수소 결합을 유도하여 실리콘 음극의 부피 팽창을 억제하고 접착력을 강화한 수성 바인더 기술입니다.
실리콘 음극은 충·방전 시 300%를 넘는 급격한 부피 팽창으로 전극이 분쇄되고 용량이 저하되는 문제가 있었습니다. 또한 기존 키토산 바인더는 중성이나 염기성 용액에서 용해도가 낮아 반드시 산성 조건에서 다루어야 하는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 과산화수소/L-아스코르빈산(H2O2/AA) 산화-환원계를 이용한 자유 라디칼 그래프팅 반응으로 키토산에 갈산을 결합시키고, 생성된 갈산 그래프트 키토산(CS-g-GA) 공중합체가 갈롤기 기반 3차원 가교 네트워크를 형성하도록 구성됩니다. 이 공중합체는 물에 잘 녹으면서 실리콘 입자와 집전체 사이의 접착력과 전기적 접촉을 안정적으로 유지합니다. 산성 첨가물 없이 중성 수계 슬러리로 음극을 제조하려는 전지 제조사와 실리콘-흑연 복합 음극 개발에 적용될 수 있어 설비 부식 우려를 덜고 갈산 함량 조절만으로 전극 저항을 낮출 수 있습니다.
본 기술은 공유결합으로 이루어진 결정성 유기골격체(COF) 내부에 질소 기반 고리의 양이온과 알킬기로 연결된 음이온 기능기를 동시에 도입한 양쪽성 이온(Zwitterion) 구조를 형성하여, 리튬 이온의 해리도를 높이고 스태킹 구조에 의한 이온 이동 채널을 제공하는 고체 전해질 기술입니다.
기존 무기계 고체 전해질은 가공성이 떨어지고 계면 저항이 높은 문제가 있었습니다. 또한 비결정성 유기계 전해질은 이온 전도도가 낮고 열적·전기화학적 안정성이 부족하다는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 양이온성 질소를 포함하는 고리 화합물과 음이온성 기능기가 결합된 양쪽성 이온 구조의 COF로 기공과 채널을 형성하고, 골격 내 양이온은 LiTFSI 등 리튬염의 음이온을 붙잡고 음이온 기능기는 리튬 이온을 끌어당기도록 구성됩니다. 리튬 전고체 이차전지의 고체 전해질층, 고분자-유기골격체 복합 전해질막 등에 적용될 수 있어 채널 내 음이온의 도움으로 리튬 이온 이동 속도를 끌어올릴 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 다중모드 암 면역치료를 위한 광감응성 나노클러스터 인공항체 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 다공성 결정성 공유결합 유기골격체(COF)의 피리디닉 N 사이트에 디에틸렌글리콜(DEG)을 공유결합시키고 이온성 숙시노니트릴을 추가하여, 리튬 이온의 호핑·비히클·자유 확산 거동을 함께 유도함으로써 이온 전도도와 전이수를 높인 고체 전해질 기술입니다.
기존 무기계 고체 전해질은 가공이 까다롭고 전극과의 계면 접촉 저항이 큰 문제가 있었습니다. 비결정성 고분자 전해질 역시 상온 이온 전도도가 낮고 열적·전기화학적으로 불안정하며, 덴드라이트 성장으로 충방전 효율이 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 트리포르밀벤젠과 피리딘 화합물을 반응시켜 얻은 결정성 유기골격체에 디에틸렌글리콜을 공유결합으로 도입하고, 이온성 숙시노니트릴과 LiTFSI를 함께 포함시켜 리튬 이온의 해리를 촉진하고 연속적인 이온 수송 경로를 확보하도록 구성됩니다. 리튬 전고체 이차전지, 웨어러블 기기용 박형 전지, 고안전성 전기차 배터리 등에 적용될 수 있어 액체 전해질 누액 우려 없이 상온에서도 빠른 리튬 이온 이동을 기대할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 다중모드 암 면역치료를 위한 광감응성 나노클러스터인공항체 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 전극을 쉽게 붙이고 떼면서 전기화학적·기계적 거동을 동시에 측정할 수 있도록, 자성체나 탄성체로 전극을 고정하는 탈부착 장치와 레이저 빔 측정용 유리창을 갖춘 밀폐형 전기화학셀을 설계한 기술입니다.
기존 셀 조립 방식은 글로브박스 안에서 판상 또는 연성 전극을 붙이고 떼어내기가 어려웠습니다. 또한 전극의 기계적·전기화학적 거동을 동시에 정밀하게 관찰하기 위한 전극 정렬과 기밀 유지에도 한계가 있었습니다.
본 기술은 자성부와 덮개부의 인력을 이용하거나 탄성 링과 결합턱으로 밀착 가압해 전극을 간편하게 고정하고, 레이저 빔 투과용 유리창과 정렬 장치를 갖춘 테프론 박스로 측정 효율과 기밀성을 확보하도록 구성됩니다. 배터리 소재 연구소의 인시튜 전극 변형 분석과 전극 품질 검사 장비에 적용될 수 있어, 글로브박스 안에서도 시료 교체 시간을 단축하고 측정 간 정렬 편차를 줄여 데이터 재현성을 높여 줍니다.
본 기술은 코발트 헥사시아노퍼레이트(CoHCF) 결정 구조에 아연 이온을 도핑(Co1-xZnxHCF)해 격자를 의도적으로 왜곡시킴으로써, 이온이 드나들기 쉬운 공간을 만들고 율속 특성과 수명 안정성을 높인 양극활물질 기술입니다.
기존 CoHCF 양극재는 비용량은 높지만, 니켈이나 구리 기반 프러시안 블루 유사체에 비해 율속 특성이 상대적으로 낮은 기술적 한계가 존재했습니다.
본 기술은 철, 코발트, 아연 전구체를 사용하고 Co:Zn 몰 비를 97:3~91:9 범위로 제어해 Co1-xZnxHCF(x=0.03~0.09)를 합성하며, 아연 도핑으로 격자 상수를 줄이고 입자 내 메조 기공을 형성해 이온 확산 경로를 최적화하도록 구성됩니다. 수계 전해질 기반 나트륨 이온 이차전지와 출력 변동이 잦은 재생에너지 연계 저장장치에 적용될 수 있어, 소량의 아연 첨가만으로 고속 충방전 구간의 용량 손실을 눈에 띄게 줄일 수 있습니다.
본 기술은 전도성이 높은 다공성 환원 티타니아(TiO) 코어와 리튬 삽입 반응(intercalation)에 유리한 침상형 루타일 티타니아(r-TiO2) 나노 구조물을 결합한 하이브리드 복합체를 설계하고 제조하는 기술입니다.
기존 아나타제 TiO2 음극재는 전기 전도도가 낮고 리튬 이온 확산 속도가 느린 문제가 있었습니다. 작업 전위창까지 좁아 실제 용량이 이론 용량에 크게 못 미치고 에너지 밀도가 낮다는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 마그네슘 열 환원 공정으로 다공성 TiO를 만든 뒤 산 처리로 표면에 침상형 r-TiO2 나노 구조물을 제자리(in-situ) 성장시켜 Ti2+ 코어와 Ti4+ 표면의 이종 산화수 복합체를 구현하고, 의사 커패시턴스와 삽입 반응을 함께 활용하도록 구성됩니다. 급속 충전이 요구되는 전동공구·하이브리드 차량용 전지와 고출력 리튬 이온 커패시터에 적용될 수 있어, 티타니아 음극 특유의 안전성을 살리면서 용량 한계를 끌어올릴 수 있습니다.
본 기술은 복합전극을 SAICAS 마이크로 칼날로 여러 층에 걸쳐 절삭·박리하며 물리적 결착력을 측정하고, 노출된 내부 단면에 X선 광전자 분광법(XPS)을 적용해 깊이별 바인더 분포를 연속적으로 분석하는 기술입니다.
종래 전극 분석 기술은 전극 내부의 깊이별 바인더 분포와 결착력을 정밀하게 제어하며 측정하는 데 한계가 있었습니다. 그 때문에 복합전극의 장기 신뢰성과 물리적 안정성을 평가하기 어려운 문제가 있었습니다.
본 기술은 질화붕소 마이크로 칼날로 복합전극을 1㎛ 이상의 특정 깊이씩 연속 절삭·박리하며 결착력을 실시간 측정하고, 각 층의 내부 표면에 X선을 조사해 방출 광전자의 결합에너지 스펙트럼과 원소 백분율을 분석함으로써 바인더 분포를 정량화하도록 구성됩니다. 후막 고로딩 전극의 건조 공정 개발과 바인더 편석 불량 진단에 적용될 수 있어, 두께 방향 바인더 이동 현상을 한 시료에서 기계적·화학적으로 동시에 확인할 수 있습니다.
본 기술은 실린더형 배터리 셀 크기에 따라 위치와 길이를 조절할 수 있는 단자부와 탄성체를 갖춘 지그 본체 구조, 그리고 기존 파우치형 충방전기 지그와 호환되는 연결 인터페이스를 제공하는 기술입니다.
종래의 상하부 접합식 지그는 실린더형 배터리 셀을 붙잡는 고정력이 약해 접촉이 불안정해지는 문제가 있었습니다. 또한 크기가 다른 셀을 평가하려면 매번 지그를 바꿔야 해 번거롭고 비용이 많이 드는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 지그 본체의 가변부 메인 홀을 따라 단자부 위치를 옮기고, 제1·제2 원통부재의 길이 가변 구조와 탄성체로 셀을 단단히 고정하며, 파우치형 지그에 연결되는 판상부재와 직·병렬 확장이 쉬운 플러그 연결단자를 적용하도록 구성됩니다. 원통형 셀 제조사의 충방전 검사 라인과 배터리 평가 연구실에 적용될 수 있어, 한 대의 충방전기로 18650부터 대형 원통 셀까지 지그 교체 없이 시험할 수 있습니다.
본 기술은 다공성 구리 집전체 표면에 PDMS 등의 고분자 박막을 전사하여 코팅함으로써, 리튬 금속 전지 충방전 시 전극 표면에 리튬이 과도하게 전착되는 것을 막고 내부 기공으로 리튬 침투를 유도하여 덴드라이트 성장을 억제하는 기술입니다.
리튬 금속 전지의 음극으로 다공성 구조체를 적용하더라도 리튬이 기공 내부까지 들어가지 못하고 집전체 표면에 우선 전착되어 덴드라이트가 생겼으며, 그 결과 전극 부피 변화, 단락, 화재 및 성능 저하가 발생하는 문제가 있었습니다.
본 기술은 1600~8000 RPM 스핀 코팅으로 기판 위에 고분자·경화제 박막을 형성하고 24~90시간 경화한 뒤 0.5~50.0 g/cm²의 압력으로 다공성 집전체에 전사하여, 집전체 표면을 제어하고 리튬의 균일한 전착을 유도하도록 구성됩니다. 3차원 구리 폼이나 메쉬를 음극 호스트로 쓰는 리튬 금속 전지와 무음극(anode-free) 셀 개발에 적용될 수 있어 기공 내부 공간을 리튬 저장소로 온전히 활용하면서 단락과 발화 가능성을 줄여 줍니다.
본 기술은 실리콘 음극의 구조적 안정성과 접착력을 개선하기 위해 하이드록실(-OH)기와 설포네이트(-SO3-)기를 지닌 람다 카라기난(Lambda Carrageenan)을 수계 바인더로 도입한 기술입니다. 하이드록실기는 실리콘과 수소 결합을 이루어 접착력을 강화하고, 설포네이트기는 리튬 이온 전도도를 향상시킵니다.
실리콘 음극은 충·방전 시 최대 400%에 달하는 부피 팽창을 겪어 입자 분쇄, 전기적 고립, 전해질과의 부반응, 전극 구조 열화, 낮은 초기 효율과 용량 감소가 나타나는 문제가 있었습니다. 또한 기존 합성 고분자 바인더는 유기용매를 사용해야 하므로 환경적·공정적 제약이 존재했습니다.
본 기술은 천연 다당류 고분자인 람다 카라기난을 수계 바인더로 채택해 전극 제조 과정에서 유기용매를 배제하고, 하이드록실기와 설포네이트기가 실리콘 입자와 강한 수소 결합 및 이온 전도성 네트워크를 형성하도록 구성됩니다. 이를 통해 부피 팽창에 따른 구조 변형을 억제하고 집전체와의 접착력을 높입니다. NMP 등 유기용매 사용을 줄이려는 친환경 음극 생산 공정과 실리콘 나노입자 기반 고용량 셀에 적용될 수 있어 용매 회수 설비 부담을 덜면서 해조류 유래 저가 소재로 원가 경쟁력을 확보할 수 있습니다.
본 기술은 Li4Ti5O12(LTO)를 베이스로 질소를 포함한 반응가스 분위기에서 열처리를 수행하여 LTO 일부를 Li2Ti3O7으로 분해시킴으로써, 산소 공공(Oxygen vacancy) 농도가 제어된 LTO/Li2Ti3O7 복합 음극 활물질을 제조하는 기술입니다.
기존 LTO 소재는 전자 전도도가 낮아 율속 특성이 떨어지고 충방전 말기에 용량이 급격히 감소하는 문제가 있었습니다. 이를 개선하려는 나노 구조화나 탄소 코팅은 입자 응집과 공정 복잡성을 초래하는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 튜브 전기로 안에서 질소 분압을 조절하여 LTO를 선택적으로 분해하고 Li2Ti3O7 함량을 제어하도록 구성됩니다. 이로써 활물질 표면에서 전하 이동이 원활해져 율속 특성과 구조적 안정성이 개선되며 Peukert 상수 1.26 이하를 구현합니다. 회생제동 전력을 받아내는 하이브리드 차량 배터리, 순간 고출력이 필요한 전동공구 셀, 주파수 조정용 ESS 등에 적용될 수 있어 가스 종류와 유량 설정만으로 고방전율 구간의 용량 유지율을 끌어올릴 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 새로운 광전기화학 현상의 발견과 규명: 계면 엔지니어링을 통한 광전기화학적 거동 제어 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 TiNb2O7(TNO) 음극재료를 제조할 때 하소 온도를 550℃ 초과 800℃ 미만으로 정밀하게 제어하여 결정질 구조와 다공성 구조를 동시에 확보하고, 내부에 탄소(C)를 도핑하는 기술입니다.
기존 TiNb2O7 기반 음극재는 전자·이온 전도도와 리튬 이온 확산 계수가 낮아 사이클 안정성과 율속 특성이 저하되는 문제가 있었습니다. 또한 기존 합성 공정은 절차가 복잡하고 세밀하여 대량 생산이 어렵다는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 졸-겔(sol-gel)법으로 Ti와 Nb 소스를 반응시켜 베이스 전구체를 만들고, 이를 550℃ 초과 800℃ 미만에서 하소하여 0.114~0.120 cm³/g의 공극 부피와 0.09~0.42 wt%의 탄소가 도핑된 다공성 TNO 음극재를 합성하도록 구성됩니다. 고속 충전 전기차 셀, 흑연을 대체하는 고안전 음극, 산업용 무인운반차 배터리 등에 적용될 수 있어 별도의 탄소 코팅 공정 없이 하소 한 번으로 전도성 보강과 기공 형성을 함께 끝낼 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 원자 수준에서 제어된 금속 나노클러스터의 물성과 광전기화학적 거동간의 상관관계 규명 연구 지원을 통해 개발되었습니다.
