본 기술은 흑린(BP) 표면을 대기 노출로 의도적으로 산화시켜 친수성으로 개질함으로써 탄소나노튜브(CNT)와 강한 P-O-C 화학 결합을 유도하는 복합체 제조 기술입니다. 또한 이성분 바인더와 탈수 가교 결합을 형성하여 전기화학적 안정성을 극대화합니다.
흑린은 이론 용량이 높지만 충방전 중 300~500%에 달하는 큰 부피 변화를 겪는 문제가 있었습니다. 이로 인해 전극이 분쇄(pulverization)되고 전기적 접촉이 끊기면서 용량이 급격히 감소했습니다.
본 기술은 1단계 밀링으로 결정성 흑린을 합성하고 20~60분간 대기에 노출해 표면을 친수성으로 바꾼 뒤, 2단계 밀링으로 탄소나노튜브와 화학 결합 및 가교 구조를 형성하도록 구성됩니다. NaCMC-PAA 이성분 바인더를 사용해 전극 성분 사이에 3차원 네트워크 가교도 구현합니다. 고에너지 리튬이온전지 음극, 나트륨이온전지 인계 음극, 장수명 전기차용 셀 등에 적용될 수 있어 별도 화학 처리 없이 공기 노출이라는 간단한 공정으로 계면 결합력을 확보할 수 있습니다.
본 기술은 CaGe2 전구체의 층상 구조를 활용하여 칼슘(Ca) 이온을 선택적으로 제거함으로써 박리성이 우수하고 표면적이 넓은 2차원 층상형 Ge 및 Ge 나노시트를 제조하는 기술입니다.
기존 3차원 벌크형 Ge는 리튬 삽입과 탈리 과정에서 300~400%에 이르는 급격한 부피 팽창이 일어나는 문제가 있었습니다. 그 결과 전극의 구조적 안정성이 저하되고 이온 저장 용량이 빠르게 감소했습니다.
본 기술은 공간군 Rm-3m의 CaGe2를 전구체로 삼아 SnCl2 등의 염과 용매로 Ca 이온만 선택적으로 빼내어 2차원 층상 Ge 또는 Ge 나노시트를 형성하도록 구성됩니다. 고용량 리튬이온전지 음극, 고속 충전형 소형 전지, 2차원 반도체 소재 연구 등에 적용될 수 있어 Ge의 높은 이론 용량을 살리면서 부피 팽창에 의한 전극 붕괴를 완화할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 결정구조 차원 계층 설계를 통한 벌크소재의 2차원 소재화 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 리튬 함유 수용액에서 리튬을 회수할 때 멤브레인 증류 단계 앞에 나노여과 단계를 두어, 멤브레인 성능 저하의 주원인인 Ca²⁺, Mg²⁺ 등 2가 이온을 선택적으로 제거하고 리튬을 포함한 1가 이온을 농축하는 공정 기술입니다.
리튬 함유 염수를 멤브레인 증류로 농축하는 과정에서 칼슘, 마그네슘 등 2가 이온이 막 표면에 CaSO₄ 같은 결정을 형성하는 문제가 있었습니다. 이 결정이 젖음(wetting) 현상을 일으켜 증류 성능이 급격히 떨어지거나 공정이 중단되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 2가 이온 제거율 30% 이상, 1가 이온 제거율 10% 이하, 투과 유속 20~50 Lm-2h-1의 나노여과 멤브레인을 증류 모듈 전단에 배치하여 염수를 전처리하도록 구성됩니다. 증류 모듈 내부의 결정 형성이 억제되어 1,000~1,500 ppm 이상의 고농도 리튬 농축액을 안정적으로 확보할 수 있습니다. 염호 염수, 지열 염수, 해수 담수화 농축수 등 저농도 리튬 자원 처리 설비에 적용될 수 있어, 대규모 증발지 없이 막 세정 주기를 늘린 연속 운전형 리튬 원료 확보 경로가 됩니다.
본 기술은 전극 활물질 표면과 고체 전해질 코팅액 사이의 평균 접촉각을 4~6°로 제어하여, 고체 전해질 코팅막을 얇고 균일하게 형성하는 습식 코팅 공정입니다.
전고체 전지에서는 전극 활물질과 고체 전해질 사이 접촉이 불량하여 계면 저항이 커지고 셀 성능이 떨어지는 문제가 있었습니다. 습식 코팅을 시도하더라도 용매와의 부반응으로 고체 전해질의 이온전도도가 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 물, 알코올 등 양성자성 극성 용매에 디알킬에테르계 분산제를 첨가해 접촉각을 낮추고, 코팅액 제조부터 활물질 혼합까지를 5분 이내로 끝내 부반응을 억제하면서 활물질 표면에 고체 전해질 코팅막을 형성하도록 구성됩니다. 황화물계 전고체 전지의 양극 복합체 제조, 나트륨계 고체전해질 코팅 활물질 생산에 적용될 수 있어, 1~8 중량부의 적은 전해질만으로도 활물질 계면을 촘촘히 덮을 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 고기능성 경사구조형 복합 공기극 제조와 이를 적용한 고성능 SOFC 셀 제조 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 NCM 금속 산화물 표면을 아미노기 함유 화합물로 개질한 환원 그래핀 산화물(rGO)과 CNT 등 도전성 나노입자의 복합체로 코팅하여, 2차원 그래핀 시트가 3차원 탄소 네트워크 구조로 전환되도록 설계한 기술입니다.
니켈 함량이 높은 NCM 양극재는 열 안정성이 낮고 수계 매질에서 잔류 리튬 불순물과 반응해 비활성 물질이 생기기 쉬운 문제가 있었습니다. 일반적인 탄소 코팅을 적용하면 그래핀 시트가 다시 겹쳐지는 리스태킹(Restacking)으로 리튬 이온 이동이 방해받고 표면 부반응도 충분히 막지 못하는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 아미노기 함유 화합물로 rGO 표면 전하를 제어해 수계 분산성을 확보하고, rGO 시트 사이에 도전성 나노입자를 끼워 넣어 고다공성 3차원 탄소 네트워크 캡슐화 층을 형성하도록 구성됩니다. 이 층은 리튬 이온 이동 경로를 넓히고 활물질 표면을 보호합니다. 수계 공정으로 전환하려는 하이니켈 양극 코팅 라인과 고출력 전동공구·전기차용 셀에 적용될 수 있어, 유기용매 사용을 줄이면서도 전도성 코팅을 구현할 수 있습니다.
본 발명은 산업통상자원부의 고효율 에너지 부품을 위한 용액공정용 전하 전달 소재 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 나트륨(Na), Ti·Zr·Hf 등 +4가 전이금속(M1), 할로겐 원소(X)를 조합한 NaaM1bM2cX6 구조의 나트륨할라이드계 고체전해질로, 나트륨 이온 전도성과 대기 안정성을 함께 확보하는 기술입니다.
기존 황화물계 고체전해질은 대기 안정성이 낮아 제조 공정이 까다로웠고, 산화물계는 이온 전도도가 낮은 문제가 있었습니다. 또한 인듐(In) 같은 고가 원소를 사용하는 할라이드계 전해질은 비용 효율성 측면에서 한계가 존재했습니다.
본 기술은 매장량이 풍부하고 저렴한 Zr 등 +4가 전이금속을 도입한 나트륨할라이드계 화합물을 기계적 밀링 기반 고상 혼합이나 유기 용매 공정으로 합성하고, 필요에 따라 Y, Fe 등 +2 또는 +3가 금속(M2)을 도핑하여 이온 전도도를 높이도록 구성됩니다. 리튬 자원 의존도를 낮추려는 나트륨 전고체전지, 대용량 정치형 에너지저장장치, 저비용 고체전해질 양산 라인에 적용될 수 있어, 드라이룸 부담을 덜면서 원료 단가까지 낮추는 선택지를 제공합니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 R2R 타입의 고이온전도 기능성 고체전해질 막 핵심 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 황화물계 고체전해질 전구체 용액을 이용한 용매열 합성법(Solvothermal synthesis)을 리튬 금속 표면에 적용하여, 리튬의 녹는점보다 낮은 150~180℃에서 결정성 아기로다이트(Argyrodite) 타입 고체전해질 박막을 직접 형성하는 기술입니다.
리튬 금속 음극은 반응성이 높아 액체 전해질과 부반응을 일으키고 SEI가 불안정하며, 충방전 중 덴드라이트가 자라 단락과 수명 저하를 유발하는 문제가 있었습니다. 기존 비정질 황화물 코팅은 이온 전도도가 낮았고, 결정성 고체전해질을 얻기 위한 고온 공정은 리튬 금속의 녹는점(약 180℃) 때문에 적용하기 어려운 한계가 존재했습니다.
본 기술은 Li2S, P2S5, LiCl 전구체 용액이 담긴 반응 용기에 리튬 금속 기판을 침지하고 완전히 밀봉한 뒤 가열하여, 용매 증기압으로 높아진 내부 압력 덕분에 150~180℃에서도 Li6PS5Cl 결정성 고체전해질층이 리튬 표면에 직접 형성되도록 구성됩니다. 리튬 금속 배터리의 음극 보호층, 하이브리드 고체-액체 전지, 전고체 전지용 리튬 음극 전처리 공정에 적용될 수 있어, 리튬을 녹이지 않고도 이온 전도도가 높은 결정상 계면을 얻는다는 점이 차별화됩니다.
본 발명은 산업통상자원부의 도시광산의 희소금속 재자원화 기술 고급트랙 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 다공성 전극 내부의 활물질 이동 경로에 높은 공극률 또는 투수율을 갖는 혼합 공간을 삽입하는 레독스 흐름 전지 구조 기술입니다. 전극 내 활물질 농도 편차를 줄이고 반응 과전위를 낮춥니다.
레독스 흐름 전지를 대면적화하거나 고전류 밀도로 운전하면 다공성 전극 안에서 반응이 진행될수록 활물질 농도가 불균일해지는 문제가 있었습니다. 이로 인해 과전압이 커지고 에너지 효율이 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 복수의 다공성 흐름 전극을 이격 배치하고 그 사이에 빈 공간 또는 고공극률 다공성 매질로 된 혼합 공간을 두어, 전극을 통과하며 반응한 활물질 전체가 혼합된 뒤 다음 전극으로 유입되도록 구성됩니다. 메가와트급 바나듐 흐름전지 스택, 아연-브롬 흐름전지, 유기계 흐름전지 셀 설계 등에 적용될 수 있어 전극 면적을 키워도 전압 손실이 누적되지 않아 고전류 운전 영역을 넓힐 수 있습니다.
본 발명은 산업통상자원부의 아연-브롬 흐름전지용 유로가 도입된 비대칭 복합 바이폴라전극 및 스택 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 금속 메쉬 일면에 이온 교환 수지를 금속선을 따라 부분적으로 함몰시켜 박막을 형성하는 투명 전극 구조체 기술입니다. 메쉬 기공을 통한 광 투과 경로를 확보하면서도 절연성을 유지합니다.
기존 투명 전지는 유연성과 광 투과성을 동시에 만족시키기 어려웠습니다. 특히 전극 내 분리막 적층 구조가 광 투과율을 떨어뜨리거나 내부 저항을 높여 충방전 특성이 제한되는 문제가 있었습니다.
본 기술은 부분 건조된 이온 교환 수지 위에 금속 메쉬를 적층한 뒤 수산화 용액에 침지하고 탈착하여, 메쉬 금속선을 따라서만 박막이 형성되고 기공은 그대로 유지되도록 구성됩니다. 이렇게 얻은 투명 전극은 아연-공기 이차 전지의 공기극으로 사용됩니다. 투명 디스플레이 일체형 전원, 스마트 윈도우, 웨어러블 기기용 플렉서블 전지 등에 적용될 수 있어 별도 분리막을 생략하고도 400~700 nm 가시광 영역에서 30% 이상의 평균 투과도를 구현할 수 있습니다.
본 기술은 비스무트(Bi), 인(P), 황(S)으로 구성된 사방정계(Orthorhombic) 결정구조의 BiPS4 화합물을 음극활물질로 사용하고, 이를 탄소나노튜브(CNT)와 복합화하여 전기화학적 가역성과 이온 수송 성능을 높인 기술입니다.
기존 리튬이차전지용 음극활물질을 나트륨(Na)이나 칼륨(K) 이차전지에 그대로 적용하면 에너지 밀도와 충방전 안정성이 떨어지는 문제가 있었습니다. 또한 KPF6 등 종래 전해질 시스템에서는 활물질이 비가역적으로 소모되어 수명 특성이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 터널 구조의 BiPS4 화합물을 볼 밀링으로 합성하고 CNT와 복합화하여 전극을 만들며, 비스(플루오로설포닐)이미드 칼륨염(KFSI) 전해질을 함께 사용해 충방전 중 BiPS4의 구조적 가역성을 유지하도록 구성됩니다. 칼륨이온 전지, 나트륨이온 전지 기반의 저가형 대용량 저장장치 등에 적용될 수 있어 리튬 자원 제약에서 벗어난 차세대 음극 소재로 초기 쿨롱 효율과 사이클 수명을 함께 확보할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 층상 및 터널구조 안정화를 통한 나트륨 및 칼륨 이온전지용 고용량 장수명 금속 황인화물 음극소재 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 실란 작용기를 가진 고분자와 탄소 전구체를 수열 합성한 뒤 환원 분위기에서 열처리하여, 하드카본 기재 안에 Si/SiOx 복합체가 고르게 분산된 음극 활물질을 제조하는 기술입니다.
실리콘 음극 소재는 충·방전 과정에서 300% 이상 부피가 팽창하여 기계적 응력과 입자 파괴가 일어나는 문제가 있었습니다. 이로 인해 전기적 접촉이 끊기고 초기 비가역 용량이 커지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 아미노실란 등 실란 작용기 고분자와 탄소 전구체를 80~200℃에서 수열 반응시켜 하드카본 매트릭스를 만들고, 이를 환원 분위기에서 열처리하여 C-Si/SiOx 복합체를 형성하도록 구성됩니다. 하드카본 골격이 실리콘의 팽창을 흡수하여 구조적 안정성을 확보합니다. 고용량 실리콘-탄소 복합 음극재, 급속충전형 전기차 셀, 리튬이온 커패시터 등 전기화학소자용 음극에 적용될 수 있어, 실리콘원과 탄소원을 한 번의 수열 공정으로 결합해 제조 단계를 줄일 수 있습니다.
본 발명은 미래창조과학부의 맞춤형 설계된 나노레벨 복합 구조의 다기능성 차세대리튬이차전지 소재개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 층상 롬보히드럴(R-3m) 구조의 전이금속층 일부를 리튬으로 치환하여 Mn의 산화수를 +4가로, Ni과 Co의 산화수를 +3가로 유지시키는 고안정성 수퍼구조(superstructure)를 형성하는 기술입니다.
기존 니켈 기반 고용량 양극활물질은 충방전 과정에서 결정 구조가 불안정해져 열적 특성이 떨어지는 문제가 있었습니다. 이러한 구조 열화는 곧 수명 특성 감소로 이어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 전이금속층 내 리튬 치환으로 Mn4+ 수퍼구조를 유도하고, 670~750℃ 범위의 열처리를 통해 Mn4+, Ni3+, Co3+ 산화 상태가 유지되도록 구성됩니다. 이 수퍼구조는 XRD 2θ 20°~25° 영역의 피크와 TEM 회절 패턴으로 확인할 수 있어 품질 관리 지표로도 활용 가능합니다. Ni 85% 이상 NCM 양극재를 쓰는 전기차 배터리와 고온 환경에 노출되는 에너지저장장치에 적용될 수 있어, 별도 코팅 없이 결정 내부 질서화만으로 열 안정성을 끌어올릴 수 있습니다.
본 기술은 FEC와 다이알킬카보네이트를 특정 부피비로 섞은 혼합 용매에 LiPF6, LiTFSI, LiDFOB 복합 리튬염을 도입한 전해액을 이용하여, 리튬 금속 음극 표면에 LiF가 풍부한 SEI 층을 형성하는 기술입니다. 이를 통해 리튬 덴드라이트 성장을 억제하고 음극 계면 안정성을 높입니다.
리튬 금속 음극은 충전 과정에서 리튬이 불균일하게 증착되어 덴드라이트가 성장하고 전지 단락으로 이어지는 문제가 있었습니다. 아울러 표면 부반응으로 비활성 리튬(dead Li)이 쌓이고 전해질이 소모되면서 수명과 에너지 효율이 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 FEC 1 부피부에 대해 EMC 등 다이알킬카보네이트를 2.7~3.3 부피부로 배합하고, 0.03~0.07M LiPF6, 0.75~0.95M LiTFSI, 0.05~0.25M LiDFOB를 조합한 전해액을 사용하도록 구성됩니다. 그 결과 LiF, PEO, Li2CO3, Li2S, Li3N 등 유·무기 복합 성분으로 이루어진 기능성 SEI 층이 음극을 보호합니다. 고에너지밀도 리튬메탈 파우치셀, 드론·UAM용 경량 전원, 차세대 리튬 금속 전지용 전해액 제품에 적용될 수 있어, 별도의 음극 코팅 공정 없이 전해액 처방만으로 덴드라이트 문제에 대응할 수 있다는 장점이 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 자연적 유/무기 복합 막 생성반응 설계에 기반한 고 에너지 밀도 리튬 메탈 전지 핵심 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 고함량 니켈 기반 양극활물질에서 입자 표면부에만 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta) 등 이종원소를 도핑하고, 입자 내부와 표면부의 결정 구조 및 일차입자 종횡비를 함께 제어하여 리튬 이온의 이동성을 극대화하는 구조 설계 기술입니다.
니켈 함량이 높은 양극활물질은 높은 용량을 제공하지만 충방전이 반복될수록 결정 구조가 불안정해지는 문제가 있었습니다. 또한 표면 부반응으로 수명 특성이 낮고 방전 용량이 점차 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 이차입자의 중심부와 표면부 조성을 달리하여 전체 반경의 2~20%에 해당하는 최외곽 영역에만 이종원소를 농도 구배 형태로 도핑하고, 표면부 일차입자의 a축 길이를 내부보다 길게 형성하도록 구성됩니다. 이를 통해 리튬 이온 전도도를 높이고 양이온 오더링 구조를 유도하여 열적 안정성과 수명을 개선합니다. 전기차용 하이니켈 NCM·NCA 양극재 전구체 양산 공정과 고용량 파우치형 셀 개발에 적용될 수 있어, 도핑 원소 사용량을 표면에만 한정하면서도 장수명 양극재를 확보하는 데 유리합니다.
본 기술은 황화물계 고체전해질 원료를 기계적 밀링으로 반응시켜 얻은 분말을 극성 지수 4~6의 용매에 녹여 용액으로 만든 뒤 전극 구조물에 코팅하고 열처리로 결정성을 확보하는 기술입니다. 아지로다이트 구조의 P 사이트 일부를 Ge 또는 Sn으로 치환하고 할로겐 원소를 요오드(I)로 한정해 이온 전도도를 높인 점이 특징입니다.
기존 황화물계 고체전해질은 유기계 액체전해질보다 이온 전도도가 낮았고, 습식 용액 공정을 거치면 이온 전도도가 추가로 떨어지는 현상이 발생했습니다. 이 때문에 전고체 배터리 시스템에 적용하는 데 한계가 존재했습니다.
본 기술은 Li-P-Ge-S-I 조성을 채택해 격자 크기를 조절하고 음이온 무질서를 유도하며, 밀링으로 얻은 반응 생성물을 극성 지수 4~6 용매에 녹인 코팅액을 전극에 도포한 후 50~180℃ 건조와 300~700℃ 열처리를 거쳐 코팅층 결정화도를 건조 직후보다 20% 이상 끌어올림으로써 2×10^-4 S/cm 이상의 리튬 이온 전도도를 확보하도록 구성됩니다. 전고체 전지의 양극·음극 복합 전극 제조와 롤투롤 기반 대면적 전극 코팅 라인에 적용될 수 있어 활물질 기공 깊숙이 고체전해질을 침투시켜 계면 접촉을 촘촘하게 만들 수 있습니다.
본 발명은 산업통상자원부의 0.8mS/cm급 고이온전도체막 및 대면적 셀 구현을 위한 고안전성 에너지저장소자용 무기계 고체전해질 소재 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
