Research

리튬 이온 전지를 동력원으로 활용하는 기술 영역이 휴대용 전자기기를 넘어 전기 자동차, 도심항공교통 (urban air mobility, UAM), 지역 간 항공교통 (regional air mobility, RAM)에 이르기까지 계속해서 확장되어가고 있습니다. 따라서 리튬 이온 전지의 에너지 밀도, 출력, 안정성과 같은 성능 지표를 사용 목적에 따라 맞춤형으로 설계하는 것은 미래형 기술의 성공적인 상용화를 위해 확보되어야 할 중요한 기술입니다. 그러나, 현재의 전해질 개발은 리튬 이온 전지가 작동하는 것으로 알려진 조성 근처의 좁은 조합 범위에서 주로 최적화가 진행되어 왔습니다. 따라서 넓은 조합 범위에서 고속대...

탄소중립과 제로에너지빌딩에 대한 전세계적인 관심으로 스마트윈도우 시장이 확대되면서 제조 단가를 낮춰 가격경쟁력을 확보할 수 있는 필름형 스마트 윈도우 개발이 많은 주목을 받고 있습니다. 이에 따라 저가 대량생산이 가능한 롤투롤 코팅 공정기술로 전기변색필름이 개발되고 있으며, 제품 양산성 확보를 위해서 공정 최적화 연구가 진행 중입니다. 본 연구는 에너지/환경 공정설계 연구단 4세부(책임자: 강민지 박사)에서 진행하는 롤투롤 공정 기반 대면적 전기변색 필름 제조 기술 연구로, 대면적 습식코팅으로 전기변색필름을 제작할 수 있는 고분산성 전기변색소재를 제조하고 필름 접합계면 특성을 제어할 수 있는 전/후처리 공정을 개...

고에너지 밀도 (>350 Wh/kg) 리튬이차전지 구현을 위해서는 전지의 기본구성 요소인 전극 레벨에서의 에너지 밀도 상향이 필수적이라고 할 수 있습니다. 최근 전극 내 활물질 비율을 올리는 기술 (양극 활물질 비율 ~ 98 wt%) 과 더불어 전극층을 두껍게 할 수 있는 기술 (후막화, > 6 mAh/cm2)[^1] 이 주목 받고 있습니다. 그러나 현재 낮은 고형분 (양극 슬러리 고형분 ~ 70 wt%) 의 슬러리를 적용 할 경우, 건조 과정 중 다량의 용매가 기화하면서, 전극 소재의 불균일한 분포 (도전재/바인더 Migration)[^2] 를 야기할 수 있습니다. 따라서, 후막 전극의 성능을 확보하기...

리튬이차전지의 에너지밀도를 향상하기 위해서는 고용량 전극 소재 또는 후막전극의 개발이 필수적이라고 할 수 있습니다. 후막전극의 경우, 다공성 복합체 전극 내부의 기공에 함침되어 있는 전해질 저항이 전기화학 성능을 크게 결정하며, 따라서 전극 두께에 따른 state-of-charge (SOC)의 불균일성이 전극 열화의 원인이라고 할 수 있습니다1. 따라서 후막전극의 성능을 개선하기 위해서는 전극 내부의 미세구조를 최적화하는 것이 필요합니다. 즉, 후막 전극 내부에서 리튬 이온이 원활하게 움직일 수 있도록 기공 구조를 조절함으로써 전해질 저항을 최적화하여 전극의 성능을 개선합니다. 본 연구는 에너지/환경 공정조합설계...

연구단의 주력 연구분야 중의 하나가 에너지/환경 소재 가공 중에 중간재인 슬러리의 유동을 다루는 것입니다. 우리 연구단에서는 특히 이러한 슬러리의 코팅에 사용되는 다양한 코터의 분석과 디자인과 관련된 전산모사와 실험을 진행하고 있습니다. 기본적으로 코터는 분배(disgribution)과 도포(application)의 기능(function)을 수행하는 장비로, 코티의 디자인은 이러한 기능을 구현하기 위해 코터 내부와 외부의 특정 형태를 도입하거나, 유동을 고려한 합리적인 공정 조업조건의 선정이 필요하다. 그러나 다양한 에너지/환경 소재 가공에 사용되는 배터리 혹은 연료전지용 슬러리를 전형적인 복잡유체 (Comple...

연구단의 주력 연구분야 중의 하나가 에너지/환경 소재 가공 중에 중간재인 슬러리의 유동을 다루는 것입니다. 우리 연구단에서는 특히 이러한 슬러리의 이송에서 발생하는 다양한 현상에 대하여 분석하는 연구를 진행하고 있습니다. 현재 슬러리에 대한 여러가지 유변물성을 고려한 모델들 (예를 들어 Generalized Newtonian fluid기반으로 WRMS1기반 모델)을 선발하여 기계학습에 필요한 데이터를 생산하고 있다. 이를 바탕으로 슬러리 유동에 맞는 기계학습 모델을 개발하여, 실제 파이프 유동의 분석 및 설계에 활용할 예정이다. \[\begin{eqnarray*} Q = \frac{\pi R^3}{\tau^3_...

연구단에서는 표준화된 유변학 분석 프로토콜을 바탕으로, 다양한 에너지/ 환경 소재들의 유변학 거동을 분석하고, 이들 정보를 DB (Database)로 구축하는 연구를 진행하고 있습니다. 표준화된 분석 프로토콜은 5가지의 테스트로 (Flow curve, Frequency sweep, Amplitude sweep, Shear startup, LAOS) 이루어져 있습니다. 표준화된 분석을 바탕으로 소재들이 보이는 간단한 선형 거동에서부터 복잡한 비선형 거동을 정량화하여, 이들을 국가소재연구데이터의 주된 가공 형태인 JSON형태의 DB로 구축하고 있습니다. 구축된 유변 물성 DB는 이송, 코팅, 고형화 공정 연구에서 다양...

연구단에서는 분자 단위 (Molecular level)에서 중간보기적 단위(Mesoscopic level)까지 다양한 시간 및 길이 스케일에서의 시뮬레이션 방법론을 이용해서 에너지/환경 소재들의 복잡한 미세구조 및 이로 인해서 나타나는 물성을 연구합니다. Molecular Dynamics, Brownian Dynamics, Dissipative Particle Dynamics 등 다양한 물리적 상황에 적합한 시뮬레이션을 수행할 수 있는 역량을 갖추고 있습니다. 현재는 Li-ion 배터리의 음극 슬러리 내부의 미세구조를 정량적으로 이해하는 연구를 진행하고 있으며, 이 과정에서 MD와 Mesoscopic simulat...

현대 대부분의 첨단 소재는 multi-layer의 박막으로 구성되어 있으며, 다양한 기능성을 부여하기 위해 나노/마이크로 입자를 사용하고 있습니다. 코팅 또는 액체 공정 이후 고형화된 필름은 그 내부의 나노/마이크로 입자가 구성하고 있는 미세구조에 의해 물리, 화학, 전기, 광학적 성능이 결정됩니다. 본 연구단의 연구분야 중 하나는 해당 미세구조 분석하는 것입니다. 미세구조 분석은 정량화 된 데이터에 기초하여 어느 구조적 인자가 어떻게 제품의 성능에 영향을 미치는지에 대한 know-why를 찾아내는 과정으로, 모델링, 영상처리, 수치해석 등에 기반합니다. 특히, 배터리 전극구조의 경우는 다양한 종류, 크기, 성질...