본 기술은 육방정계 평판형 구조를 갖는 비전도성 메조다공성 실리카의 기공 안에 황을 담지하여, 황의 손실을 억제하고 전기화학적 가역성을 높이는 양극 소재 기술입니다.
리튬-황 전지는 충방전 과정에서 생성되는 리튬 폴리설파이드가 전해액에 녹아 양극 반응 영역 밖으로 빠져나가는 문제가 있었습니다. 그 결과 용량이 감소하고 수명이 짧아지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 두께 150~400nm의 육방정계 평판형 메조다공성 실리카를 호스트로 삼아 2단계 용융-확산법으로 기공 내부에 황을 고농도로 채우고, 비전도성임에도 실리카의 기공 구조와 표면 특성이 폴리설파이드를 강하게 붙잡도록 구성됩니다. 드론과 항공 모빌리티용 경량 전지, 고체적용량 리튬-황 셀, 분리막과 양극 사이 인터레이어 소재 등에 적용될 수 있어 저렴한 실리카를 활용하면서 셔틀 현상을 억제해 황 이용률을 끌어올릴 수 있습니다.
본 기술은 액체 전해질 안에 절연성 코팅층을 입힌 이방성 자성 입자를 분산시키고, 외부에서 회전 자기장을 가해 입자를 회전시킴으로써 전해질 내부에 미세 대류(micro-convection)를 일으키는 기술입니다.
중대형 전지를 비롯한 이차전지는 고속 충방전 시 전해질 내 이온 농도가 불균일하게 분포하는 문제가 있었습니다. 이러한 농도 구배로 금속 덴드라이트가 생겨나 전지 수명과 안정성이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 종횡비 2~50, 단축 길이 20~300nm의 자성체 코어와 절연 코팅층으로 이루어진 이방성 자성 입자를 0.01~1.0mg/mL 농도로 전해질에 넣고, 외부 회전 자기장으로 전해액 내 능동적인 미세 유동을 만들어 이온을 고르게 분포시키고 금속의 치밀한 전착을 촉진하도록 구성됩니다. 급속 충전 스테이션과 연계된 전기차 배터리, 대형 ESS 모듈, 아연이나 리튬 금속 음극 전지 등에 적용될 수 있어 전지 구조를 바꾸지 않고 자기장 인가만으로 고율 충전 시 농도 분극을 완화할 수 있습니다.
본 기술은 폴리아크릴로니트릴(PAN)계 분리막 표면에 질화붕소(BN)와 자유 라디칼 소거제인 트리-1-나프틸 포스핀(TNP) 복합물을 코팅하는 기술입니다. 이를 통해 PAN 분리막 특유의 큰 기공을 폐쇄하고 열적·전기화학적 안정성을 개선합니다.
내열성이 우수한 PAN계 분리막은 거시적 기공 구조 때문에 전지 조립 시 내부 단락이 쉽게 발생하는 문제가 있었습니다. 이러한 단락은 전류 누출과 열폭주 위험으로 이어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 나노 크기 질화붕소를 PVdF-HFP 바인더와 함께 딥코팅하여 분리막 기공을 차단하고, 자유 라디칼 소거제 TNP를 함께 첨가해 고온 열적 안정성과 사이클 성능을 높이도록 구성됩니다. 특히 BN 함량을 1.87 mg/cm² 이상으로 제어하여 단락을 방지하고 용량 유지율을 끌어올립니다. 열 폭주 전파 차단이 중요한 전기차 모듈과 대용량 전력저장용 셀에 적용될 수 있어 열전도성이 높은 BN이 국부 발열을 분산시키는 방열 보조 효과까지 기대할 수 있습니다.
본 기술은 실리콘 음극의 부피 팽창을 억제하기 위해 카테콜아민과 아미노페닐 보론산이 각각 그라프트된 고분자를 보로닉 에스터 결합으로 가교한 3차원 네트워크 구조 바인더를 설계하는 기술입니다. 보로닉 에스터의 동적 가역 결합으로 자가 치유(self-healing) 기능을 구현하고, 잔류 카테콜아민의 접착력으로 기계적 강도를 강화합니다.
실리콘(Si) 음극은 충·방전 과정에서 최대 400%에 이르는 급격한 부피 변화가 일어나 전극 내부에 균열과 구조적 붕괴가 발생하는 문제가 있었습니다. 이로 인해 리튬 이온과 전자의 전달 경로가 끊기고 불안정한 SEI 층 형성 및 전해액 부반응이 반복되어 용량 감소와 급격한 수명 열화가 나타났습니다.
본 기술은 카르복실레이트기를 가진 고분자에 도파민(카테콜아민)과 아미노페닐 보론산을 각각 그라프트해 접합체를 만든 뒤, 두 접합체를 보로닉 에스터 결합으로 가교시킨 공중합체를 바인더로 사용하도록 구성됩니다. 이 바인더는 전극 내부에 3차원 네트워크를 형성해 부피 팽창을 기계적으로 억제하고, 끊어진 결합이 가역적으로 다시 이어지며 손상된 전극 구조를 복구하고, 도파민 그룹을 통해 집전체 및 활물질과의 접착력을 높입니다. 고용량 실리콘·실리콘-흑연 복합 음극을 채택하는 차세대 전기차 셀과 스마트폰 배터리에 적용될 수 있어 실리콘 함량을 늘리면서도 전극 박리와 균열로 인한 수명 손실을 최소화할 수 있습니다.
본 기술은 선박 발전기의 부하율을 80~85%의 정상 범위로 유지하기 위해 PBBMS(Power-base BMS)를 도입하고, 배터리의 SOC(충전상태)와 SOH(잔존수명) 데이터에 따라 실시간으로 충·방전을 제어하며 예비셀 교체 기능을 더해 발전기 가동을 최적화하는 시스템입니다.
전기추진선박과 선박용 전력 시스템에서는 발전기가 저부하로 운전되면서 에너지 효율이 떨어지고 발전기 가동이 비경제적으로 이루어지는 문제가 있었습니다. 또한 항구 입출항 시 이산화탄소가 과도하게 배출되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 배터리와 LCS 사이에 PBBMS 회로를 두어 발전기 부하가 85% 이상이면 배터리를 방전하고 80% 이하이면 충전하여 부하를 80~85%로 평형 유지하도록 구성됩니다. 아울러 EEPROM에 셀별 SOC를 저장하고 릴레이 제어 모듈로 불량셀을 예비셀(Redundant Cell)로 자동 교체합니다. 하이브리드 추진 선박, 항만 작업선, 해양 플랜트 전력 계통 등에 적용될 수 있어 발전기 대수를 최소한으로 돌리면서 입출항 구간의 탄소 배출과 연료 소모를 동시에 낮출 수 있습니다.
본 발명은 교육부의 그린항로표지용 전원시스템 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 폐리튬이온전지를 재활용할 때 음극재에서 분리된 저품위 흑연을 환원제로 사용하는 배소 공정을 침출 전에 수행하여, 코발트·니켈 등 양극재 금속산화물을 금속 상태로 전환함으로써 침출 효율을 높이는 기술입니다.
기존 습식 침출 공정에서는 양극재가 금속산화물 형태로 존재하기 때문에 황산 용액에서 용해 속도가 느리고 침출 효율이 낮았습니다. 이 때문에 별도의 환원제를 반드시 사용해야 하는 문제가 있었습니다.
본 기술은 폐전지 해체 과정에서 분리된 저품위 흑연을 양극재와 혼합하고 1030~1090℃의 무산소 분위기에서 배소하여 금속산화물을 순수 금속으로 환원시킨 뒤 산 용액으로 침출하도록 구성됩니다. 폐배터리 습식 재활용 공장이나 코발트·니켈 회수 전처리 라인 등에 적용될 수 있어 외부 환원제 구매 비용을 덜고 버려지던 폐흑연까지 공정 자원으로 소진할 수 있습니다.
본 발명은 산업통상자원부의 회수자원의 고부가가치화를 위한 습식제련 고도화 기술개발 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 구형 탄소 템플릿 표면에 비결정성 리튬 티타늄 옥사이드(LTO) 나노입자를 수열합성으로 증착한 뒤, 500~700℃ 산화성 분위기에서 열처리해 탄소를 제거함으로써 속이 빈 구형 LTO 구조체를 만드는 기술입니다.
기존 LTO 합성 공정에서는 고온 소결 중 입자가 성장해 비표면적이 줄어들고 고속 충방전 성능이 떨어지는 문제가 있었습니다. 비결정성 LTO를 사용할 경우에는 결정성이 낮아 리튬 이온 확산 경로를 확보하기 어려운 한계가 존재했습니다.
본 기술은 탄소 템플릿 위에 나노입자를 증착하는 공정으로 중공 구조를 형성해 전해질과의 접촉 면적을 넓히고, 600℃ 부근으로 열처리 온도를 최적화해 결정성과 입자 크기의 균형을 맞추도록 구성됩니다. 리튬이온 배터리뿐 아니라 리튬이온 커패시터의 음극재로 적용될 수 있어, 10C 조건에서도 1,000회 이상 초기 용량의 90% 이상을 유지하는 순간 고출력 전원 설계에 활용 가치가 큽니다.
본 기술은 수계 아연 배터리의 양극 활물질인 ZnMn2O4 스피넬 구조에 니켈을 도핑해 정방정계를 입방정계로 전환하고 Mn3+ 함량을 줄임으로써, 망간 용출을 억제하고 이온 확산 경로를 개선하는 기술입니다.
기존 ZnMn2O4 양극재는 Mn3+의 불균등화 반응으로 망간이 전해질로 녹아 나오는 현상이 발생했습니다. 또한 격자 내 아연 이온 간 정전기적 반발로 율속 특성이 떨어지고 사이클 수명이 줄어드는 문제가 있었습니다.
본 기술은 공침법으로 ZnMn2-xNixO4 (1.0≤x≤1.5)를 합성하여 Mn3+를 Mn4+로 치환하고 Jahn-Teller 왜곡을 완화하며, 격자 부피를 넓혀 아연 이온 이동을 원활하게 하도록 구성됩니다. 불연성 수계 전해질을 쓰는 가정용·산업용 ESS와 안전성이 중시되는 웨어러블 전원에 적용될 수 있어, 망간 용출로 인한 용량 저하 없이 70mAh/g 이상의 비용량과 빠른 충방전을 함께 확보할 수 있습니다.
본 기술은 설폰계 용매와 비스(플루오로술포닐)이미드 알칼리 금속염(MFSI)을 특정 몰비로 배합해 공결정 구조의 결정성 유기 전해질(SCOE)을 형성함으로써, 고온에서의 열안정성과 이온전도도를 확보하고 용융 캐스팅 공정으로 전극 계면 저항을 개선하는 기술입니다.
숙시노니트릴 기반 등 기존 유기계 고체전해질은 녹는점이 50℃ 이하로 낮아 고온 작동 시 불안정한 문제가 있었습니다. 또한 이온전도도가 낮고 전극과의 젖음성이 부족하여 계면 저항이 커지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 녹는점이 50~170℃인 설폰계 용매와 MFSI 염을 1:9~4:6 몰비로 섞어 결정성 유기 고체전해질을 만들고, 이를 녹여 전극에 흘려 넣는 용융 캐스팅 방식으로 도입해 계면 저항을 낮추며 60℃ 이상의 고온에서도 물리적, 화학적 안정성을 지키도록 구성됩니다. 고온 환경에서 운용되는 차량용 배터리, 리튬 및 나트륨 고체전지, 산업용 고온 전원장치 등에 적용될 수 있어 전극 기공 깊숙이 전해질을 침투시켜 고체전지의 고질적인 계면 접촉 불량을 해소합니다.
본 기술은 전기화학 반응 전후의 전극을 X-선 회절(XRD)로 분석하고, 전극 활물질 회절 피크의 반치전폭(FWHM) 변화를 이용해 활물질 입자의 미분화와 깨짐 정도를 수치로 정량화하는 기술입니다.
기존 전극 단면 이미지 분석 방식은 레진 함침과 이온 밀링 등 시료 전처리가 복잡하고 시간이 오래 걸리는 문제가 있었습니다. 그로 인해 활물질의 균열 및 미분화 수준을 신속하고 정량적으로 파악하기 어려운 한계가 존재했습니다.
본 기술은 별도 전처리 없이 전극 표면이나 절삭된 단면의 XRD 패턴을 측정하고, 반응 전 반치전폭 A와 반응 후 반치전폭 B의 비율을 깨짐율(%)=(1-A/B)×100 식에 대입해 깨짐 정도를 산출하도록 구성됩니다. 양극재 제조사의 품질관리 라인, 고압 압연 전극의 공정 조건 최적화, 장수명 셀 개발을 위한 열화 진단 등에 적용될 수 있어 수 시간이 걸리던 단면 관찰을 대체하여 다수 시료를 빠르게 비교 평가할 수 있습니다.
본 기술은 전극 조립체 내부 또는 외장재 안쪽에 고체, 액체, 기체 형태의 결함 인자를 담은 캡슐을 배치하고, 압력, 온도, 자기장, 전자파, X선 같은 외부 물리적 자극으로 캡슐을 열어 전지 내부 결함을 인위적이고 정밀하게 유도하여 분석하는 기술입니다.
기존 전지 결함 유발 장치는 열폭주 현상만 관찰할 수 있거나 전지에 물리적 손상과 변형을 가해야 했습니다. 이 때문에 결함 발생 이후의 내부 현상을 직접적이고 정밀하게 분석하기 어렵다는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 물리적 자극에 의해 열리는 캡슐을 전극 조립체의 타공부나 외장재 내부 잉여 공간에 넣어 두고, 열화 입자, 고농도 첨가제, 난연제, 가스 등 다양한 결함 인자를 원하는 시점과 위치에서 방출하여 전지 변형 없이 결함에 따른 전기화학적 거동과 구조 변화를 정량 분석하도록 구성됩니다. 셀 제조사의 안전성 인증 시험, 전해액 첨가제 및 소화제 효과 검증, 배터리 고장 원인 분석 연구 등에 적용될 수 있어 재현성 있는 결함 시나리오를 설계해 셀 설계 단계에서부터 취약 요소를 미리 걸러낼 수 있습니다.
본 기술은 폴리이미드(PI)계 분리막 표면에 멜라민-페닐포스폰산(MP)을 코팅하여 PI 분리막 고유의 거대 기공을 폐쇄하는 기술입니다. 이를 통해 전기화학적 성능과 기계적 물성을 함께 향상시킵니다.
기존 폴리이미드(PI) 분리막은 열적 안정성은 우수했지만 거대 기공 구조 때문에 셀 조립과 충전 과정에서 내부 단락과 전류 누출이 발생하는 문제가 있었습니다. 이로 인해 실제 전지 구동이 어렵다는 기술적 한계가 존재했습니다.
본 기술은 PVdF-HFP 바인더를 포함한 슬러리에 멜라민-페닐포스폰산을 분산시킨 뒤 닥터 블레이드 방식으로 PI 분리막 표면에 코팅하여 기공을 효과적으로 차단하도록 구성됩니다. 코팅층은 전해액 젖음성과 흡수율을 개선하고 셀의 기계적 강도를 높여 내부 단락을 막고 안정적인 사이클 성능을 제공합니다. NCM811 양극을 사용하는 중대형 리튬이온전지와 고온 작동이 요구되는 산업용 배터리에 적용될 수 있어 내열성은 뛰어나지만 실용화가 막혀 있던 PI 분리막의 상용 조립 공정 진입 장벽을 낮춰 줍니다.
본 기술은 Ni-rich 양극 활물질 표면에 H3BO3(B 전구체)와 TiO2(Ti 전구체)를 혼합한 뒤 열처리하여 섬형(island-type) 인공 CEI(Cathode Electrolyte Interphase) 층을 형성하는 기술입니다. 이 층에는 잔류 리튬과 반응해 전도성을 확보한 Li3BO3와 기계적 강도를 높이는 TiO2가 함께 분포합니다.
Ni-rich 양극 활물질 표면에 남아 있는 잔류 리튬(LiOH)이 전해질과 부반응을 일으켜 가스가 발생하고 계면 저항이 증가하는 문제가 있었습니다. 또한 입자 내부에 미세 균열이 생기면서 전기화학적 성능과 셀 수명이 급격히 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 양극 활물질 대비 0.5~1wt%의 H3BO3와 TiO2를 3:7 중량비로 혼합한 뒤 300~500℃에서 2~4시간 열처리하여 계면을 기능화하도록 구성됩니다. H3BO3는 잔류 리튬을 소모해 셀 내부 가스 압력을 낮추고, TiO2는 입자 경도를 보강하여 충·방전 중 구조적 미세 균열을 억제합니다. 파우치형 전기차 셀과 가스 팽윤에 민감한 소형 폴리머 전지의 양극재 양산 라인에 적용될 수 있어 기존 소성 설비에 저온 후처리 한 단계만 추가하는 방식으로 도입 비용을 낮출 수 있습니다.
본 기술은 폐리튬이차전지 파쇄물에 황산나트륨(Na2SO4)과 탄소 환원제를 섞어 환원 분위기에서 배소함으로써 전이금속 산화물은 금속 상태로 환원하고 리튬은 수용성 황산염으로 전환한 뒤, 물 침출로 리튬과 니켈·코발트·망간 잔사를 분리하는 기술입니다.
기존 습식 제련 공정은 다량의 황산과 지속적인 환원제 투입을 필요로 하여 공정이 복잡하고 처리 시간이 길었습니다. 또한 유용금속의 회수율이 낮다는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 폐리튬이차전지와 황산염을 1:11.7의 질량비로 탄소 환원제와 함께 혼합하고 700℃에서 배소하여, 리튬은 물에 녹는 형태로 바꾸고 니켈·코발트·망간은 자성을 띤 금속 잔사로 환원시켜 자력 선별이 가능하도록 구성됩니다. 전기차 폐배터리 재활용 플랜트, 블랙매스 정련 공정, 리튬 염 회수 설비 등에 적용될 수 있어 황산 사용량을 크게 줄이면서 리튬과 전이금속을 한 번의 수침출로 갈라낼 수 있습니다.
본 발명은 교육부의 캡스톤디자인 지원을 통해 개발되었습니다.
본 기술은 복수의 배터리셀 사이에 배치된 진동형 히트파이프의 열전도관들을 상부의 제1 연결관과 하부의 제2 연결관으로 서로 연통시켜, 작동유체의 원활한 순환을 유도하고 열전달 효율을 높이는 3차원 히트파이프 구조 기술입니다.
기존 진동형 히트파이프는 높은 열이 유입되면 작동유체가 모두 증발해 기능을 잃는 드라이 아웃(dry-out) 현상이 발생하는 문제가 있었습니다. 또한 다수의 배터리셀 사이에 온도 편차가 생겨 배터리팩 전체 성능이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 배터리셀 사이에 놓인 복수의 열전도관을 상·하부 연결관으로 이어 폐루프를 형성함으로써, 특정 관의 작동유체가 고갈되지 않고 열전도관 사이를 순환하며 셀 간 온도 균일성을 확보하도록 구성됩니다. 전기차 배터리팩, 고출력 ESS 랙, 전기 추진 선박용 대형 모듈 등에 적용될 수 있어 급속 충전처럼 발열이 집중되는 조건에서도 히트파이프 기능 상실 없이 셀 온도를 고르게 맞출 수 있습니다.
본 발명은 교육부의 딥러닝 기반 전기자동차용 차세대고에너지밀도 배터리 열관리시스템 최적화 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
