| 초록 |
연구개요 이차전지 시장의 성장에 따라 충분한 매장량 확보 및 소재 저가격화에 적합한 양극소재로서 나트륨 이온 전지가 제시됨. 이에 따라, 본 연구에서는 기존 나트륨 이온 전지의 낮은 비용량 한계를 극복하기 위해 이론용량을 초과하는 용량을 안정적으로 확보할 방안으로 음이온 레독스가 활성화된 층상구조 기반의 나트륨 이온 전지용 양극소재 연구개발을 진행함. 또한 방사광가속기 X-선 고도분석법을 활용하여 음이온 레독스 반응기구를 규명하고 성능 극대화 방안을 제시하고자 하였음. 연구 목표대비 연구결과 ◎ 알칼리(alkali) 금속 초과 조성 양극소재 - Na<sub>5/6</sub>[Li<sub>1/4</sub>Mn<sub>3/4</sub>]O<sub>2</sub>(NLMO)조성 물질을 합성하였으며, 전기화학평가를 통해 용량 및 수명특성을 파악하였음. 또한, 해당 소재의 전이금속 산화ㆍ환원 거동을 분석하여 음이온 레독스 활성화 여부를 판단함. - 해당 조성은 음이온 레독스를 활성화하기에 적합하며, 구조 안정화를 통해 향상된 수명특성을 확보할 수 있을 것으로 기대됨. ◎ 알칼리(alkali) 금속 결핍 조성 양극소재 - Na<sub>x</sub>[□<sub>1-y</sub>Mn<sub>y</sub>]O<sub>2</sub> 소재를 공공 농도별로 합성하여 공공 농도와 음이온 레독스 활성하 간 상관관계를 규명함. 전기화학평가를 통해 최적 조성을 확인하였으며, 추가적인 성능 향상을 위해 단일 도핑과 동시 도핑을 수행함. - Co와 Mg를 동시 도핑한 소재에서 수명 특성이 향상된 것을 확인하였으며, X-선 고도분석을 통해 수명 특성이 향상된 원인을 파악함. ◎ X-선 고도분석을 활용한 음이온 레독스 반응 기구 규명 및 활성화 방안 제시 - 합성된 소재의 음이온 레독스 활성화 여부를 판단할 근거를 마련하였으며, 전기화학평가 결과에 대응하는 경향성을 확인함. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) ◎ 이차전지 소재의 저가격화를 위한 새로운 조성의 양극소재 설계 ◎ 나트륨 이온 전지의 조성 최적화를 통한 성능 극대화 및 리튬 이차전지를 대체할 소재로의 발전 가능성 제시 ◎ 음이온 레독스 반응 기반 전하 저장 메커니즘 분석 연구 플랫폼 확립 및 차세대 이차전지 소재의 분석에 대한 적용 ◎ 상기 연구 결과를 토대로 한 특허 등의 원천 기술 확보 및 우수 논문 게재(JCR 상위 5% 이내 국제저명 저널) (출처 : 요약문 2p) |
