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차세대 전지용 고분자 이온교환(전해질) 막 소재의 기술 및 현황

I. 리튬배터리용 이온교환막 소재 동향1. 리튬배터리에서의 고분자 이온교환막의 중요성리튬 이차전지는 양극(Cathode), 음극(Anode), 분리막(Separator), 전해질 (Electrolyte) 등으로 구성되어 있다.양극은 리튬 이온의 공급원이며 충전 시 산화 반응이 일어나면서 리튬 이온을 방출하며, 방전 시 환원 반응이 일어나면서 리튬 이온을 흡수한다. 음극은 양극과 반대로 충전 시 리튬 이온과 외부 회로를 통해 전달된 전자(Electron)를 흡수하며, 방전 시 리튬 이온과 전자를 방출한다. 각 전극에서는 위의 반응식에 의한 화학 반응이 일어난다.전해질은 양극과 음극에서 충·방전 시 생성된 리튬 이온이 이동할 수 있는 매개체가 된다. 분리막은 전지의 양극활물질과 음극활물질을 분리하여 내부 단락을 방지함과 동시에, 충·방전이 일어날 수 있도록 리튬 이온을 통과시키는 기능을 한다.리튬배터리의 작동 전압, 에너지 밀도 등 성능은 이론적으로 전극 재료 및 전해질에 의하여 결정되나, 우수한 성능과 더불어 높은 안정성을 얻기 위해서는 양극과 음극 사이에서 리튬 이온을 전달하는 분리막 또한 매우 중요하다. 리튬배터리용 분리막으로서의 요구 물성은 높은 리튬 이온 전도도와 열적, 기계적 안정성 등이 있다. 기존액체 전해질을 사용하는 리튬이온전지에 적용되었던 분리막은 다공성 PE나 PP와 같은 폴리올레핀 계열의 분리막이었으나, 고온에서의 열 수축에 기인한 회로의 단락으로 인한 화재, 폭발 등의 안전성 문제가 제기되었다. 이를 개선하기 위하여 겔형 전해질을 이용하여 안전성을 높이고자 하였으나 온도, 외부 충격 등에 대한 취약성으로 인한 사고가 이슈화되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 기존의 액체 전해질을 고분자 또는 무기물 기반 전해질 등의 고체 전해질로 전환한 전고체 전지의 개발이 이루어지고 있다. 이때 고체 전해질이 분리막의 역할도 겸하기 때문에 구조가 단순화되고, 배터리 자체의 안전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 단위 면적당 에너지 저장 공간이 늘어나 에너지 밀도가 이론상 495Wh kg-1까지(일반 리튬배터리는 255Wh kg-1) 향상될 수 있다.2. 리튬배터리 및 고분자 이온교환막의 시장 및 산업 동향현재 에너지 변환 및 저장 기술은 세계적으로 에너지 효율 향상, 기후변화 대응, 전기 및 연료전지 자동차, 신재생 에너지 ESS 등의 이머징 산업 및 4차 산업혁명 관련 스마트기기의 확대로 급격히 발전하고 있다. 보고된 세계 리튬이온전지 시장 수요는 2019년 기준 198GWh에서 2030년 3,392GWh로 10년간 약 17배 규모로 성장할 전망(SNE Research, 2020)이다.리튬 이차전지는 용도에 따라 모바일 IT 기기에 주로 사용되는 소형전지와 전기자동차(xEV) 및 대용량 전기저장장치(ESS) 등에 사용되는 중·대형전지로 구분되며, 세계 리튬 이차전지 시장 규모는 2017년 187억 달러로, xEV용이 50.3%, IT용 소형전지가 46.0%, ESS용이 3.7%를 차지한다.국내의 삼성SDI와 LG화학은 모바일 IT 기기 시장을 기반으로 전동공구, E-Bike 등 사용처가 확대되면서 2017년 시장점유율이 각각 19.3%와 15.3%로 선두권 유지하고 있다.세계 자동차 시장에서 전기차 판매 점유율은 지속 성장(’13년 0.23% → ’18년 2.03%)하여 2040년에는 57%에 이를 것으로 전망되며, 이에 따라 전기차에 탑재되는 중·대형 전지 시장은 용량 기준으로 10년간(’20~30년) 15배 이상 성장이 예상된다. (Bloomberg New Energy Finance (BNEF), 2019)EU는 2017년 European Battery Alliance를 출범하고 Strategic Action Plan을 발표하였으며, 미국의 Tesla는 Panasonic과 합작하여 전기차용 이차전지 생산을 위한 65GWh급 기가팩토리를 건설하고 있다. Panasonic은 Tesla 납품으로 세계 점유율 상위를 차지하고 있으며, 전기자동차 산업이 급속히 발전하고 있는 중국의 BYD, CATL, Farasis, BAK, Skyrich 등이 세계 10위권 이내를 유지하고 있다.국내 업계도 시장점유율을 확대하고 있는 가운데 2017년 LG화학은 세계 2위, 삼성SDI는 5위를 기록하였으며, SK이노베이션은 후발주자로서 현재 시장점유율은 미미하나, 2022년까지 xEV 분야 세계 3위 달성을 목표로 과감한 투자를 진행 중이다 (IEA., “Global EV Outlook 2018”) 리튬배터리에서 고분자 이온교환 분리막 소재는 크게 습식/건식 방식으로 분류되고 있으며, 아사히카세이, 도레이, SK이노베이션 등이 습식 방식을 채택해 왔다. 건식법 분리막의 경우 상대적으로 습식보다 내열 특성이 좋아 최근 많은 이차전지 업체에서 자동차용 이차전지 분리막으로 검토하고 있으며, 수요가 증가할 것으로 전망된다. 분리막 소재 종류도 기존 PE, PP 중심에서 안정성이 더욱 중요시되는 전기차용 배터리에 유/무기/폴리머 코팅 분리막, 복합 분리막의 수요가 크게 증가할 것으로 전망되고 있다.전 세계 리튬배터리용 분리막 시장은 최근 연평균 20% 이상 성장하고 있다. 현재 일본의 아사히 카세이가 업계 1위이며, SK이노베이션이 세계 2위를 기록하고 있으며, SK이노베이션의 분리막 생산량은 2020년 중국에서의 양산이 진행되면 아사히 카세이의 생산 능력에 근접할 것으로 예상된다. 3. 리튬배터리 및 고분자 이온교환막 연구 동향기존 리튬배터리는 높은 이온 전도도의 액체 전해질을 사용하여 가장 대표적으로 상용화되어 있는 시스템이지만 화재, 안전등이 취약하다. 따라서 외부 환경 영향을 줄이고자 액상 또는 겔형 전해질을 고체 전해질로 바꾼 전고체 전지에 연구가 활발히 진행되고 있다.리튬배터리용 분리막의 경우 전해질의 상(Phase)에 따라 이온 전도 특성, 고온 및 저온 안정성, 그리고 기계적 안정성이 다르고, 각 소재의 특성에 따라 다양한 방향으로 연구가 진행되고 있다. 액체 전해질을 사용하는 리튬배터리의 경우 분리막의 소재로 PE, PP 등을 사용하고 있으며, 리튬 이온 전도도 향상과 더불어 전기화학적 안정성, 고온 안정성을 위한 유/무기 첨가제 개발과 더불어 고전압의 양극재가 개발되고 있다. 또한, 고전압에서도 안정성이 우수한 분리막의 개발을 위한 연구가 진행되고 있다. 차세대 전해질로 가장 주목받고 있는 전해질은 분리막과 전해질의 역할을 동시에 수행하는 고체 전해질이며. 크게 황화물계, 산화물계, 폴리머 고체 전해질로 나뉜다. 각 전해질은 개선해야 할 단점이 있다. 황화물계는 수분 안정성, 산화물계는 전지 셀 가공성, 폴리머는 이온 전도도 등이다.황화물계 소재는 결정형인 LGPS, LSPSCl, Argyodite 등과 Glass-ceramic형인 LPS, LPS+LiCl을 주축으로 연구가 진행 중이며, 황(S)이 수분(H2O)과 만나 발생하는 황화수소(H2S)의 발생을 억제하거나 발생량과 속도를 줄이는 첨가제 연구가 활발히 진행 중이다. 산화물계 소재는 Perovskite(LLTO), NASICON, Garnet(LLZO) 등을 중심으로 연구 중이며, 고온에서 동시 소결(Co-sintering)하는 공법을 통하여 양극활물질과 전해질 간의 계면 저항을 줄이는 가공법 연구가 진행 중이다. 고분자 소재는 Poly(Ethylene Oxide) (PEO) 또는 그 유도체를 중심으로 연구가 진행 중이며, 폴리머 소재가 갖는 우수한 Bending 특성을 기반으로 플렉서블 배터리를 구현하여 웨어러블 기기 등의 응용에 유리하다. 가소제, Al2O3, TiO2 등의 무기물 필러를 고분자 전해질에 도입함으로써 실온에서 결정성을 감소시켜 전도성을 향상시키거나, 폴리머 blending, block copolymer 등의 방법으로 새로운 폴리머 구조를 통한 이온 전도도 및 기계적 안정성, 전극과의 계면 안전성 향상 연구가 진행 중이다. II. 바나듐 레독스 흐름 전지(VRFB)용 이온교환막 소재 동향1. VRFB의 구성 및 이온교환막의 중요성무한한 양과 청정함을 갖춘 신재생 에너지가 새로운 에너지원으로 각광 받고 있으나, 외부 환경에 따라 생산 시기가 한정되기 때문에 지속적인 전력 공급이 어려워 이를 보완하기 위한 에너지 저장장치가 필요하며, 레독스 흐름 전지는 이러한 에너지 저장장치의 일종이다.레독스 흐름 전지(Redox Flow Battery, RFB)란 산성 전해액에 존재하는 금속 활물질의 산화·환원 반응을 통해 충전 및 방전이 일어나는 이차전지로서 전해액 저장 탱크, 전해액을 순환시키는 펌프, 양극 및 음극과 양 전극의 접촉을 막는 분리막으로 구성되어 있다. 이때 사용하는 활물질은 바나듐, 철, 크롬 등의 전이금속이며, 전해액은 이 활물질이 강산 수용액에 용해된 형태이다. RFB는 사용하는 활물질의 수명이 길고, 전해액 저장 탱크의 확장을 통해 대용량화가 쉬운 장점이 있다. 그중 양쪽 전해액에 바나듐을 사용하는 바나듐 레독스 흐름 전지(VRFB)는 각 전극에서 아래 화학 반응식에 나타난 산화·환원 반응을 통해 충·방전이 일어난다.VRFB의 핵심부품인 이온교환막은 양 전해액이 혼합되지 않게 하는 분리막의 역할을 함과 동시에 충·방전이 진행되는 동안 전해액의 전기적 균형을 유지하기 위한 전하 운반체(프로톤, 황산이온)의 이동 경로가 되기 때문에 VRFB의 성능을 결정 짓는 요소이다. VRFB에 사용되는 이온교환막의 대표적 요구 물성은 내산성, 높은 이온 전도도와 이온 선택성임. VRFB 전해액은 강한 산성을 나타내기 때문에 산성 환경에서 물성을 유지해야 한다. 또한, 바나듐 이온이 반대 전극으로 투과될 경우 효율 저하의 주원인인 자가 방전 반응이 일어나기 때문에 이온을 선택적으로 전달할 수 있어야 한다.2. VRFB 및 이온교환막의 시장 및 산업 동향Flow battery의 세계 시장 규모는 2017년 기준 187.7백만 달러에서 2023년 946.3백만 달러로, 연평균 32.7%의 성장률로 성장할 것으로 전망된다. Flow battery의 시장 분류는 타입, 사용물질, 규모, 응용 분야 등 다양한 카테고리를 가지며, 그중에서도 가장 많은 비중을 차지하고 있는 것은 활물질로 바나듐을 사용하는 산화·환원 흐름 전지이다. 이러한 Flow battery는 다양한 분야에서 적용되고 있는데, 그중에서도 공공 에너지 부문 및 산업 분야가 큰 비중을 차지하고 있으며, 전기차의 보급에 따라 전기차 충전소 인프라 구축 분야도 매우 높은 성장률을 보이고 있다.지역별로는 북미지역이 2017년 기준 72.5백만 달러로 가장 많은 비중을 차지하고 있다. 아시아-태평양 지역은 대용량화를 바탕으로 하여 2번째로 많은 비중을 차지하고 있으며, 가장 높은 성장률로 2023년에는 가장 큰 시장이 될 것으로 전망된다. 유럽 지역은 RFB를 적용한 전기차 및 충전소 인프라 구축을 주력으로 하고 있으며. 규모는 2017년 기준 49.3백만 달러에서 2023년 170백만 달러로 성장할 것으로 전망된다. 국내 시장 규모는 1,500억 원, 설치 용량은 약 150MW로 국가개발보급사업 및 한전 등을 통해 수십 MW 규모의 ESS를 설치 중이다.VRFB용 이온교환막은 현재까지 Dupont 사의 양이온 교환막인 Nafion이 주로 적용되어 왔으나, Nafion의 비싼 가격은 VRFB 스택에서 높은 원가 비중을 차지할 뿐만 아니라 스택 가격의 상승으로 상용화를 늦추는 요인이 되고 있다. Dupont 사외에도 여러 제조사에서 VRFB용 이온교환막을 개발 및 생산하고 있다. 대표적으로 일본의 Tokuyama 사의 음이온 교환막인 Neosepta AHA, 아사히 글래스의 과불소화계 양이온 교환막인 Flemion 등이 있으며, 독일의 Fumatech 사의 음이온 교환막인 Fumasep 막이 Nafion과 경쟁 중이다.현재 상용화에 가장 근접해 있는 바나듐 레독스 흐름 전지는 15~25Wh/L의 낮은 에너지 밀도와 높은 초기 투자 비용으로 인해 EV 및 소형 ESS 등 보다는 중대형 ESS에 응용이 활발하다. 일본과 미국 등 선진국 위주로 기술개발 및 실증 연구가 활발하며 일부 상용화로 사업화 초기 단계에 있다.미국의 Zn/Br FB 전문회사인 EnSync 사(전 ZBB)는 시카고에 250kW/500 kWh의 시스템을 이용하여 실증 운전을 진행 중이며, 일본의 Sumitomo는 2015년에 15MW급 60MWh 레독스 흐름 전지를 후쿠오카에 상용 플랜트 건설을 추진하였으며, 2020년 약 11,500MW 규모로 확대하고 있다. 독일은 Fraunhofer ICT에서 VRB 개발 및 실증 추진 중이며, 전기 자동차용 레독스 플로우 배터리 프로토타입 개발 및 유기계 활물질 개발을 진행하고 있다.국내에서는 2010년을 전후로 본격적인 연구개발이 시작되었으며, 2011년 5월 「에너지 저장 기술개발 및 산업화 전략(K-ESS 2020)」을 수립하여 세계 에너지 저장 시장의 점유율 30% 목표로 기술개발에 매진 중이다.2013년에 에이치투(H2)가 독자 기술로 개발하여 설치에 성공한 50kW/100kWh VRFB ESS가 있다. 국내 레독스 흐름 전지를 제조하는 대표적 기업은 롯데케미칼로 미국 EnSync 사(전 ZBB)와 공동 개발 중이다. 한국에너지기술연구원은 V/V 커플을 이용한 고전압형 레독스 플로우 배터리 연구개발 결과를 기반으로, 업체 기술이전을 완료하였으며, 현재 RFB의 낮은 에너지 밀도를 높이기 위해 수계/비수계 레독스 커플 기술 연구개발 중이다.3. VRFB용 이온교환막의 연구 동향VRFB의 시장 경쟁력 향상 및 적용 분야 확대를 위해서 VRFB 스택 및 소재 부품의 대면적화, 박형화, 저가화가 요구되고 있다. 이를 만족하기 위해 가격 비중을 가장 많이 차지하는 이온교환막에 관한 연구가 주를 이루고 있다. VRFB용 이온교환막으로는 Nafion이 가장 먼저 상용화되어 있으나, Nafion은 높은 바나듐 이온 투과도에 의한 성능 저하가 큰 단점으로 지적되어 이를 보완하기 위한 연구가 활발하다. 즉 저렴한 생산 단가와 낮은 바나듐 이온 투과도를 보이는 탄화수소계 고분자를 기반으로 한 이온교환막과 이에 더불어 기공의 크기로 선택적으로 이온을 투과시키는 다공성 막에 관한 연구도 진행되고 있다.과불소화계 고분자를 기반으로 한 Nafion의 단점을 보완하기 위해서 SiO2나 TiO2 같은 무기 산화물을 첨가제로 하여 바나듐 이온의 투과도를 낮추거나 Nafion의 주사슬과 구조가 같은 PTFE나 산화 그래핀을 복합화함으로써 바나듐 이온 투과도를 줄여 VRFB의 성능을 향상시키는 연구가 진행되고 있다. 탄화수소계 고분자를 기반으로 한 VRFB용 이온교환막은 크게 두 가지로 나누어진다. 주쇄에 프로톤을 전달할 수 있는 기능기를 도입한 양이온 교환막과 주쇄에 황산이온(SO42-)을 전달할 수 있는 기능기를 도입한 음이온 교환막이 있다. 아래 표에 각 이온교환막의 특징을 정리하였다.탄화수소계 양이온 교환막은 술폰화시킨 방향족 고분자가 주를 이루며 블록 공중합체, 가교 구조 도입 등의 화학적 구조를 제어하거나 Nafion, 무기 산화물 등을 첨가하여 복합 막을 제조함으로써 프로톤 전도도는 향상시키면서 바나듐 이온 투과도를 줄이고자 하는 연구가 진행 중이다. 탄화수소계 음이온 교환막의 경우 양전하를 띠는 기능기를 가지고 있어 바나듐 이온 투과도가 양이온 교환막에 비해 현저히 낮으나 프로톤보다 크기가 큰 황산이온을 전달하기 때문에 이온 전도도는 양이온 교환막에 비해 떨어진다. 또한, 양전하를 띠는 기능기의 경우 산성 조건에서 분해될 수 있어서 화학적 안정성이 높은 기능기를 도입하거나 고분자 구조의 가교화를 통한 안정성 향상에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 이 외에도 양이온 교환막과 음이온 교환막의 특성을 모두 갖는 양쪽성(amphoteric) 전해질막과 과불소화계 탄화수소를 기반으로 하고 기공의 크기를 이용하여 이온을 선택적으로 투과시키는 VRFB용 분리막에 관한 연구도 진행 중이다.III. 연료전지용 이온 교환막 동향1. 연료전지의 구성 및 고분자 이온 교환 막의 중요성연료전지는 일반적으로 연료가 공급되는 음극(anode), 반대쪽 면에 산화물이 공급되는 양극이 존재하며, 그 사이에 양쪽 전극을 분리하면서 프로톤을 전달하는 전해질로 구성되어 있다. 그 중, 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC)는 음극(anode)에 수소가 공급되고 양극(cathode)에 공기(산소)가 공급되며 그 사이에 양쪽 전극을 분리하면서 프로톤(H+)을 투과하는 고분자 전해질막이 있다. PEMFC는 저온에서 작동 가능하고, 높은 전력 밀도와 에너지 전환 효율을 갖고 있으며, 친환경적이고 휴대형부터 중대형에 이르는 다양한 응용 분야로 인해 연료전지 중 가장 많은 수요와 공급을 지니고 있다.연료전지 내부로 공기와 수소가 각각 음극과 양극을 통해 전달되면, 양극에서는 수소가 전자를 잃고 산화하여 프로톤(H+)이 되고, 음극에서는 산소가 외부 회로를 통해 전달된 전자와 전해질막을 통해 전달된 H+와 만나 환원되면서 물이 생성되는데 이때 화학 에너지가 전기 에너지로 변환된다. 연료전지용 전해질막의 주요 요구 물성은 높은 프로톤 전도도, 우수한 치수 안정성 및 기계적 강도이다. 각 전극에서 화학 반응이 원활하게 이루어지기 위해서는 생성된 프로톤이 전해질막을 통해 빠르게 전달되어야 하기 때문이다. 연료전지의 작동 중에는 프로톤 전도를 위해 전해질막은 습윤 상태가 유지되어야 하지만 이때 수분이 과도하면 flooding 현상이 일어나 전극에 수소 및 산소 공급이 원활하게 이루어지지 않으며, 수분이 너무 적으면 프로톤 전도도가 감소하기 때문에 적정한 수분 유지가 되어야 한다. 또한, 전해질막은 연료전지가 작동 중에는 습윤 상태이고 그렇지 않은 경우에는 건조한 상태에 있으며, 습윤 상태에서는 팽윤이, 건조 상태에서는 수축이 일어나므로 기계적 강도가 약하면 팽윤, 수축의 반복으로 인해 막에 손상에 따른 성능이 저하될 수 있어서 전해질막은 우수한 기계적 강도를 가져야 한다.2. 연료전지 및 고분자 이온교환막의 시장 및 산업 동향연료전지의 시장 규모는 수소 시장의 발전과 밀접한 관계를 가지며, 전 세계 수소 수요는 급증하여 2050년 수소 경제 시장은 약 2조 5천억 달러의 부가가치와 누적 3,000만 개의 신규 일자리를 창출할 것으로 예상된다. 우리나라 정부도 수소경제 활성화 로드맵을 통해 2040년까지 연간 43조 원의 부가가치와 42만 개의 신규 일자리 창출을 기대하고 있다. 증가하는 수소산업 시장 비중에 발맞춰, 수소를 연료로 사용하는 연료전지 시스템의 시장 역시 가파르게 증가하는 추세이다. 일본 후지경제는 2030년 전 세계 연료전지 시장은 2017년 대비 28배 성장해 약 50조 원에 이를 것이라고 예측하고 있다.한국, 중국, 일본을 중심으로 하는 아시아 시장이 세계 시장의 절반 이상을 차지할 전망이다. 향후 중국과 한국을 중심으로 한 아시아 시장이 급격히 확대될 것으로 보인다. 중국은 수소 전기차 보급 확대를 추진하는 방향으로 정책 전환이 이뤄지고 있으며, 특히 수소전기버스와 트럭의 생산이 급증하고 있다. 중국 정부는 2020년까지 현 수준의 수소차 정부지원금을 유지하는 한편, 수소차 5,000대, 수소충전소 100곳 이상을 보급하겠다고 밝혔고, 2030년까지는 수소차 100만대와 충전소 1000곳 이상을 공급할 계획이다. 한국은 2030년까지 약 10만대의 트럭 및 버스를 포함한 약 80만 대의 수소전기차가 운행할 것으로 보이며, 건물 부문에서는 약 2만 가구의 건물용 연료전지가 보급돼 연간 약 15만 톤의 수소를 소비할 수 있을 것으로 예상된다. 발전 부문에서는 수소 터빈의 상용화로 약 3.5GW 규모의 수소연료전지 발전소가 상업용 운전을 하고 있을 것으로 전망된다.수소연료전지 자동차 초기시장은 2015년 수소연료전지 자동차 상용화 이후 유럽과 미국에서 시장이 먼저 형성되고, 한국과 일본의 완성차가 그 시장을 주도할 것으로 전망됨에 따라 자동차용 불소계 강화막의 세계 시장도 급격한 성장을 이룰 것으로 전망된다. 불소계 강화막은 현재 주로 고분자 전해질 연료전지(76%), CA 공정용 전해질(23%)로 응용되고 있으며, 각 시스템의 성능 및 수명 특성을 좌우하는 핵심소재로의 역할을 수행하고 있다. 불소계 강화막 핵심부품인 PFSA 소재는 듀폰, Dow, Solvay, Asahi Kasei E-Materials, Asahi Glass Sumitomo, 3M 등 다국적 기업들이 기술개발 및 생산, 판매하고 있다. 코오롱 인더스트리는 전해질막 국산화를 목표로 2013년부터 기술개발에 들어갔으며, 2018년 파일럿 설비를 구축했다. 아울러 같은 코오롱 계열사인 코오롱머티리얼과 협업해 원천기술을 확보하였고, 이 기술을 통해 기존 불소계 대비 10분의 1 수준의 원료가 및 고온 내구성을 가진 전해질막을 개발하고 있다. 3. 연료전지용 고분자 이온교환막의 연구 동향최근 국내외에서 수소에너지 시대를 맞이하여 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 실용화 및 시장 확대에 박차를 가하고 있다. PEMFC에 사용되는 고분자막은 이온전도체, 양극의 가스 차단, 전극 분리 등의 역할을 한다. PEMFC 고분자막 연구개발 동향은 고분자막 두께를 얇게 하고 내구성을 향상시키는 방향으로 진행되고 있다. 얇은 고분자막의 장점은 고가인 불소계 이오노머의 사용량이 적어 전해질막 가격을 낮출 수 있고, 이온 전도도가 증가해 성능이 향상되는 것이다. 또한, 스택 부피를 감소시켜 출력밀도가 높아지지만, 고분자막이 얇아지면 내구성이 감소하므로 내구성을 향상시키려는 연구개발이 활발히 진행되고 있다.과불소계 이온교환막은 내화학성이 우수한 과불소화계 고분자를 주사슬로 하고 술폰산으로 대표되는 강산의 음이온을 도입하여 매우 높은 프로톤 이온 전도성을 보여 이상적인 재료로 평가되고 있다. 또한, 기계적 강도가 우수한 강점도 있으나, ① 복잡한 제조공정으로 막의 가격이 매우 비싸고($800 m-2), ② 불소 알킬 구조로 인해 낮은 유리 전이온도 등의 단점이 있다. 특히 양이온 교환막인 Nafion 막은 연료전지 생산 단가를 높이는 주요 요인으로 작용하고 있다. 미국 에너지부(DOE)의 연료전지 스택 표준단가에 따르면 고분자 전해질막의 원가는 전체 연료전지 스택의 22%를 차지하고 있다. 과불소화 전해질막의 대안은 탄화수소계 전해질막이다. 탄화수소계 전해질막은 ① 저렴한 재료 및 쉬운 합성 방법에 따라 전해질막의 단가를 낮출 수 있으며. ② 높은 유리 전이온도를 보유하여 100℃ 이상의 장기운전에서도 높은 안정성 유지가 가능하다. 탄화수소 고분자 전해질막의 원천기술은 일본, 미국, 유럽 등의 선진국만 보유하고 있다. 한국, 중국은 합성 기술이 부족하여 선진국에게 기술적으로 의존하고 있으나, 최근 국내 여러 업체가 탄화수소 고분자 전해질막을 연구개발하고 있고, 일부 업체에서 가시적인 성과를 보이고 있다.

편집부 2021-07-12

사출성형기의 전기장치

자료제공: 우진플라임 기술교육원 / 교수 한선근학습 목표:사출성형기에 사용되는 여러 가지 전기 부품의 명칭과 사용 목적을 파악하여 설비의 수리 및 보전 시 조금 더 빠르게 고장의 원인을 파악할 수 있다.< 전기의 종류 >우리나라의 전기는 일반적으로 원자력 발전소나, 수력 기타 발전소에서 만들어진 전기를 1만 2,000(V)~2만 2,000(V)인데, 이 전기를 1차 변전소에서 345(KV)나 765(KV)로 승압을 시켜 송전탑을 이용하여 송전하게 되고, 각 지역의 2차 변전소에서는 다시 22,900(V)로 다운 시켜서 각 현장에 설치되어 있는 변압기에 공급되어 현장에 맞게 380(V), 220(V), 또는 440(V)로 다운되어 각종 전기를 사용하는 기구나 기계에 사용되게 된다.< 사출성형기의 입력측 전기 >사출성형기에 사용되는 전기는 사출성형기의 형식, 또는 회사에 따라 달라질 수 있으나, 일반적으로 입력측 동력원 전원, 즉 교류(AC) 전기와 출력측 직류(DC)로 나눌 수 있으며, 이는 사출성형기의 주변 기계도 같은 방식이라고 볼 수 있다.< 사출성형기의 출력측 전기 부품 >사출성형기의 출력측 전기는 일반적으로 직류를 사용하는 경우가 많이 있다. 예전의 기계들은 릴레이와 전자 접촉기 등을 이용하는 시퀀스 방식이었으나, 현재의 기계들은 PLC(Programmable Logic Controller)라는 일체화된 모듈에서 논리, 연산, 순서조작, 타이머, 카운터 등의 제어 동작을 행하게 되어 출력측을 직류로 제어하는 방식을 많이 사용하고 있다.< 사출성형기에 사용되는 대표적인 전기 부품 >- 전자 접촉기전자 접촉기는 전기 코일에 의해 만들어진 전자력에 의하여 접점을 접촉하여 전기의 흐름을 이어주는 역할을 하는 전기 부품이다. 사출성형기에서는 부하가 큰 출력에 전기를 공급하는 부품으로 활용되고 있다. 모터, 히팅 라인 주 전원공급 등- 무접점 릴레이(SSR: solid state relay)사출성형기의 가열 방식은 예전에는 on, off 방식이었으나, 현재의 온도제어 방식은 PID 제어 방식으로 PID(proportional integral derivative control) 제어 변수와 기준 입력 사이의 오차에 근거하여 출력이 기준 전압을 유지하도록 하는 피드백 제어의 일종으로 비례, 적분, 미분을 조합하여 관리하는 시스템이다. 온도제어가 그만큼 정확하게 이루어진다고 할 수 있다.위 회로에서 보시는 것과 같이 SSR은 히터에 전기를 공급해 주는 부품으로 접점이 없어서 전기적 아크에 의한 고장은 없으나, 과열과 히터 단락에 의한 출력측 단락과 단선이 발생할 수 있다. SSR의 출력측 단락과 단선의 고장 여부는 출력측 저항치를 체크함으로써 알 수 있다.- 릴레이(relay)사출성형기에서 릴레이의 역할은 말 그대로 전기를 이어주는 것이다. 앞에서 언급한 바 있듯이 요즘은 사출성형기의 제어는 PLC로 구동한다고 했으며, PLC의 출력 수와 전기적 형식이 다른 출력을 원할 경우에는 릴레이라는 부품을 이용하여 예를 들어 DC로 릴레이를 동작 시키고 릴레이의 접점을 이용하여 AC의 전기적 출력을 보낼 수 있는 장점이 있다. 또한 릴레이의 접점의 수에 따라 출력도 1개 이상에 사용될 수 있다.- 근접센서(proximity sensor)사출성형기에는 여러 가지 센서가 장착되어 있는데, 그중에 고주파 발진형 근접센서가 장착되어 있으며, 이것은 대부분 금속을 감지하는 센서로 가열 실린더의 전·후진 위치를 감지하거나 형 조정판(후판) 최소, 또는 최대 거리를 감지하고, 후판의 이동량을 펄스 값으로 감지할 때 사용하기도 한다. 사출성형기에서는 근접 스위치의 종류에 따라 NPN형 또는 PNP형으로 나누며 이는 사출성형기의 입력측 극성을 알아보는 역할을 하기도 한다. 사출성형기에 장착되어 사용되는 근접 스위치는 대부분 3선식이다.• PNP형이란?금속 물체를 감지하게 되면 출력이 (+)로 나오는 것이다.• NPN형이란?금속 물체를 감지하게 되면 출력이 (-)로 나오는 것이다.

편집부 2021-07-12

부록 : 성형 불량의 종류 (Molding Fault Categories) 2

기고 : LS엠트론 김영기 고문010-6603-8210 / ykkim2025@gmail.com자료제공: LS엠트론 기술교육아카데미 (http://lsmtronacademy.com)

편집부 2021-06-23

탄소나노튜브 섬유의 제조 및 응용

편집부 2021-06-23

사출성형기 주변기계 활용에 대하여

자료제공: 우진플라임 기술교육원 / 교수 한선근

편집부 2021-06-23

크라우스마파이의 기술과 설비를 적용한, BASF기술 연구소

크라우스마파이 "코로나19 시대에도 빛나는 파트너십의 힘” BASF, 미국 기술 연구소 설비교체 BASF가 미국 미시건주 와이언도트에 사출 성형 실험실을 차렸다. 또한 전동 사출 성형기와 크라우스마파이의 지능형 디지털 서비스 솔루션과 함께 지속가능한 생산에 집중하고 있다. 코로나 시국 및 관련 제재에도 불구하고 이 야심찬 계획은 적기에 실현되었다. 세스 로든 사진 크라우스마파이, BASF 미시간 주 와이언도트의 노후화된 금형 연구소에 시설개선에 직면한 BASF는 구식 장비 및 잠재적 작업장 위험 요소를 제거하고 새로운 사출 성형 기계 설치 및 레이아웃 수정을 수반하는 광범위한 재설계 프로젝트에 착수했다. 당초 2018년 여름에 제안되었던 이 프로젝트는 2020년 12월에 약간의 지연이 있었으나, 안전사고 문제없이 완료되었다. 즉, 세계적인 유행병이 일어나는 동안에도 이루어낸 성과였다. 이는 지속적인 협력과 소통, 그리고 약간의 독창성이 바로 비법이다.PX 시리즈의 전동 사출 성형기에 대한 투자 이 프로젝트의 주요 목표는 많은 노후화된 설비들을 더 새롭고 더 발전된 기계로 교체하는 것이었다. 기존 설비의 라인업은 21-34년 된 4개의 기계로 구성되었다. 이 설비들은 서로 독립적으로 작동하여 실험실 효율성을 떨어뜨리고 복잡성은 증가시켰다. 일부는 또한 바닥에서 돌출된 전기선이나 누유 문제를 가지고 있었으며, 이는 잠재적인 위험을 내포하고 있었다. BASF는 새로운 사출 성형 기계가 "스마트"하고 공유 가능한 사출 사양이 조화로운 작동과 유연성을 가질 수 있도록 일종의 세포로서 기능하기를 원했다. "우리는 서로 다른 고객이 많이 있기 때문에 업계 표준 성형기를 찾고 있었습니다. 그래서 우리는 우리의 장비가 잘 인식되기를 바랬습니다.“ 데이비드 크루거, BASF 품질 관리자 크라우스마파이는 도전했다. BASF는 전문성과 기술적인 도움을 받아 두 대의 첨단 전동 사출 성형기를 주문했다. “데니스”와 “보” 은퇴한 BASF 성형 전문가이자 그의 후계자의 이름을 딴 Dennis와 Beau라는 애칭으로 불리우는 이 기계는 크라우스마파이의 PX 제품 시리즈에 속하며, 높은 분사 용량과 모듈식 설계 덕분에 다양한 애플리케이션에서 탁월한 유연성을 특징으로 한다. 이 설비들은 또한 사용자들이 그들 자신의 개별 인터페이스를 만들고 두 기계들 간에 정보를 공유할 수 있도록 하는 현대적인 터치스크린 제어 시스템을 자랑한다. 스마트 지원 기능을 통해 기술자는 전 세계 어디에서나 도움을 줄 수 있다. "이전 설정에서는 불가능했던 프로파일을 한 기계에서 다른 기계로 옮길 수 있습니다. 설비가 동일한 모델이기 때문에 예비 부품의 수와 유지 보수 시간이 단축되는 것처럼 필요한 트레이닝도 줄었습니다.“ 데이비드 크루거, BASF 품질 관리자, 기계 운송 및 설치에 관한 도전 강력한 기술적 능력만이 새 기계의 요구사항은 아니었다. 2층에 위치한 이 무거운 기계를 실험실로 들여오려면 기계를 더 작은 부품으로 분리하거나 큰 벽을 제거해야 했다. 후자는 이상적이지 않았기에, BASF는 장비 공급업체가 설치 전에 기꺼이 기계를 분해해주길 바랐으며, 이는 서비스 엘리베이터에 딱 맞는 크기로 실려 더 큰 공간으로 옮길 수 있도록 되었다. "사출 성형 기계는 클램프와 사출 장치로 구성되어 있습니다," 라제시 샤 크라우스마파이 지역 판매 부장은 설명했다. "보통 50톤 기계는 한 조각으로 나오기 때문에 무게 관점에서나 치수 관점에서나 모두 맞도록 하기 위해 각 반쪽의 측정과 무게를 측정해야 했습니다." "그것은 엄청난 지원이었습니다." 라고 크루거는 말했다. "라제시와 그의 팀원들은 모든 것이 계획대로 잘 맞을 수 있도록 엘리베이터의 치수를 재기 위해 공장을 방문했습니다.“ 코로나에도 불구하고 빠른 의뢰절차 프로젝트의 물류 문제에 더해 진행 중인 코로나-19 사태와 그것으로부터 오는 제한이 있었다. "그 기간 동안 사람들을 현장에 데려오는 데 한계가 있었기 때문에 우리는 약간의 지연을 겪었습니다. 그래서 우리는 할 수 있는 한 많은 사전 작업을 했습니다,"라고 크루거가 말했다. "이 설비가 미국에 도착했을 때, 우리는 공장에서 무슨 일이 일어날 위험과 추가 비용의 가능성 때문에 그것을 창고에 넣고 싶지 않았습니다.“ 이러한 작은 시행착오에도 불구하고, 기계들은 안전하게 공간으로 옮겨졌다. 크루거는 "모든 안전 프로토콜과 사회적 거리 두기 규칙이 프로젝트 기간 동안 유지됐으며 설치와 관련된 안전사고나 질병은 없었다"고 말했다. 신규 및 개선사항 프로젝트가 완료됨에 따라 ISO 17025 인증을 받은 와이언도트 연구소는 첨단 성형기가 제공하는 향상된 기능과 보다 안전하고 효율적인 레이아웃의 혜택을 누릴 수 있게 되었다. 고객은 BASF에서 제작한 Ultramid®, Ultraform® 및 Ultradur® 엔지니어링 플라스틱을 사용하여 고품질 부품생산을 시작할 수 있게 되었다. 강하고 다재다능한 이 열가소성 플라스틱은 자동차 제조, 의료 기술 및 전자 제품과 같은 산업의 다양한 용도에 사용할 수 있다. 또한, 모든 전동 사출설비는 유압 또는 하이브리드 기계보다 적은 에너지를 사용하여 BASF의 지속 가능성 목표에 기여할 것이다. "BASF가 신경쓰고 있는 것 중 하나는 탄소 배출량을 줄이는 것입니다. 그리고 이 모든 전동사출설비 시설의 준비는 그 방향으로의 커다란 진전입니다. 또한 업계와 BASF가 고객에게 강력한 공급업체가 되겠다는 지속적인 약속을 하는 데에도 장기적인 노력을 기울이고 있습니다.“ 데이비드 크루거, BASF 품질 관리자 성공으로 가는 중요한 열쇠, 팀 워크 BASF와 크라우스마파 사의 모두 프로젝트의 성공을 프로젝트 타임라인 전체에 걸쳐 양 당사자가 보여준 강력한 커뮤니케이션과 조정 덕분이라고 본다. "그것은 멋진 협력이었습니다."라고 샤는 말했다. "데이브와 그의 팀은 인내심이 많았습니다. 그리고 기계가 도착하기 전에 우리 팀과 몇 번의 미팅을 가졌습니다. 그래서 우리는 우리가 해야 할 일을 정확히 이해했습니다. 그래서 모든 과정이 아주 순조롭게 진행된 것 같아요. 데이브는 BASF의 관점에서 전체 프로젝트를 관리하는 데 탁월한 성과를 거뒀습니다. "저는 이것이 매우 성공적인 프로젝트였다고 생각합니다,"라고 크루거가 덧붙였다. "우리는 우리의 장비와 연구소의 디자인을 대폭 업그레이드했고, 크라우스마파이 사람들의 협조를 얻어 검역과 전염병이 한창일 때 그것을 할 수 있었습니다.“ 이 프로젝트를 가능하게 한 팀 구성원들에게 감사드립니다. 연구소 리더: Tom Vick 사출 성형 전문가: Mike Beauregard, Dennis Lozowski (은퇴)QA 팀: Roger Marquardt, Steve Sountas 프로젝트 코디네이터: Craig Fogus, Paul Hopkins 프로젝트 매니저: Dave Krueger 기사작성 : 이명규기자 myhandler@naver.com

관리자 2021-06-16

POSTECH 기계·화공 노준석 교수팀, 100nm급 3차원 나노 프린팅 기술 개발

- 폴리머나 잉크를 전혀 사용하지 않고 건식 방법으로 금속 나노 에어로졸을 발생시킨 후 조립하는 기술 기계공학과·화학공학과 노준석 교수팀은 서울대학교 최만수 교수팀과 공동으로 100 나노미터 수준의 3차원 나노 구조물을 제작할 수 있는 새로운 3차원 나노 프린팅 기술을 Nature지에 온라인으로 게재했다. 기존의 3차원 프린팅 기술로는 수십 마이크로미터 크기 이하의 3차원 구조물 제작이 어렵지만, 연구팀이 개발한 3차원 나노 프린팅 기술은 기존에 제작 가능한 구조물보다 100배 이상 작은 3차원 나노 구조물을 손쉽게 한 번에 수천 개 이상을 대기압 중에서 제작할 수 있는 실용적인 기술이다. 기존 방법과 다르게 폴리머나 잉크를 전혀 사용하지 않고 건식 방법으로 금속 나노 에어로졸1을 발생시킨 후 조립하는 기술이기 때문에 불순물을 최소화시켜 초고순도 구조물을 제작할 수 있다.4차 산업혁명의 핵심요소 기술이면서 산업 제조 기술의 큰 변화를 일으키고 있는 현존하는 3차원 프린팅 기술의 한계를 뛰어넘어 나노 구조물까지 실용적으로 프린팅할 수 있다는 점에서 산업 제조 기술의 혁신을 일으킬 것으로 기대하고 있다. 3차원 나노 프린팅 기술은 높은 민감도의 3차원 나노 센서, 집적도를 극대화시킬 수 있는 3차원 나노 전자소자 등의 제작이 가능하여 기존 소자의 성능을 획기적으로 올릴 수 있을 뿐만 아니라 현존하지 않는 새로운 소자의 구현도 가능하다. 예를 들면 자연계에 존재하지 않는 빛(전자기파)의 물성을 인위적으로 실현시키는 메타물질2의 제작에는 정교한 3차원 나노 구조물을 어레이3로 만드는 것이 필요한 데 연구팀이 발표한 3차원 나노 프린팅 기술로 실용적인 실현이 가능하다. 이번에 발표한 논문에서 특정 형태의 3차원 나노금속 구조물 어레이를 제작하여 원하는 인공 자기(磁氣) 물성을 인위적으로 구현시킴으로써 미래 신소재인 메타물질의 실용화를 앞당길 수 있음을 보여주었다. 마이크로미터 크기의 구멍이 정렬되어있는 비전도성 마스크 4와 실리콘 기판이 위아래로 분리된 상태로 놓여 있는 증착 챔버 안으로 하전된 나노입자5와 이온을 주입하면, 이온이 먼저 마스크 위에 축적되면서 정전기 렌즈6를 형성시키게 되고, 이 렌즈를 통하여 뒤따라 도달하는 하전 나노입자 에어로졸 제트가 100 나노미터 수준으로 집속7되는 원리를 새로운 3차원 프린팅 기술에 사용하였다. 나노입자의 부착과 동시에 실리콘 기판을 3차원으로 이송시키면 원하는 형태의 3차원 나노 구조물을 한 번에 수천 개 이상을 제작할 수 있으며, 마스크 구멍을 더 작게 만들면 수십 나노미터 크기의 3차원 나노 구조물도 제작할 수 있을 것으로 보고 있다. 1. 에어로졸공기 중에 부유하고 있는 수 나노미터~수십 마이크로미터 크기의 작은 입자들을 지칭하는 용어. 본 연구에서는 하전된 나노입자와 이온을 사용함. 2. 메타물질자연계에 존재하지 않는 물성을 가지도록 인위적으로 매우 작은 크기의 입자나 구조물을 주기성을 갖고 배열한 어레이로부터 구현하는 물질로서 단위 구조체의 형상 및 배열에 따라 다른 특성이 나타난다. 3.어레이일정한 간격에 따라 대상을 규칙적으로 정렬한 것. 본 연구에서는 3차원 나노 구조물 수천 개가 정렬된 형태를 의미함. 4. 비전도성 마스크전기적 저항이 커 전류가 흐르지 않는 얇은 막에 수 마이크로미터의 구멍 수천 개가 정렬된 형태로 뚫려있는 얇은 막 형태의 물질. 이온이 비전도성 마스크 표면 위에서 전기적 성질을 잃지 않고 축적됨. 5. 하전된 나노입자나노(nano)는 10^-9를 의미하는 접두어로서, 1나노미터는 1미터의 10억분의 1임 (혹은 1㎜의 백만분의 일). 나노입자는 직경이 수 나노미터인 구 모양의 입자를 의미하며, 하전된 나노입자는 나노입자가 전기적으로 중성이 아닌 양(+) 또는 음(-)전하를 띈다는 의미. 6. 정전기 렌즈비전도성 마스크 표면에 이온이 축적되면서 마스크 구멍마다 평평한 등전위면이 볼록한 형태로 왜곡함. 볼록한 등전위면이 하전된 나노입자들을 구멍 중심으로 집속하는 렌즈 역할을 하기 때문에 정전기 렌즈라고 부름. 즉, 유리로 만든 광학렌즈가 빛을 집속하듯이 본 연구에서 이온 축적으로 형성되는 정전기 렌즈가 하전된 나노입자를 100㎚ 수준으로 집속하는 원리임. 따라서 물질 렌즈라고 말할 수 있음. 7. 집속여러 다발이 한곳으로 모이는 것. 정전기 렌즈에 의해 하전 나노입자 에어로졸 제트 형태로 마스크 구멍 중심으로 모이는 것을 의미. 연구책임자인 서울대 최만수 교수는 에어로졸 기술을 이용하는 3차원 나노 프린팅 기술을 지난 10여 년간 대학원생들과 함께 동고동락하며 개발하여 온 결실을 보게 되어 기쁘고 개발된 3차원 나노 프린팅 기술로 말미암아 우리나라 산업 제조 기술의 혁신적 발전이 기대된다고 말했다.공동 교신저자인 노준석 교수는 본 3차원 나노 프린팅 기술은 음의 굴절률, 슈퍼렌즈, 투명망토 기술로 알려진 메타물질 분야의 최대 난제였던 나노미터 수준의 임의 형상 3차원 구조를 만들 수 있는 혁신적인 생산 기술로써 메타물질 분야의 실용화에 한발 다가섰다고 말했다.이 연구는 POSTECH, 서울대, 그리고 일본 이화학연구소(RIKEN)가 참여하였으며, 과학기술정보통신부가 지원하는 글로벌프런티어 멀티스케일 에너지시스템 연구단과 파동에너지 극한제어 연구단 및 한국연구재단 중견연구자 사업, 지역선도연구센터 사업 등을 통하여 이루어졌다.

편집부 2021-06-15

POSTECH 화학 박수진 교수팀, 질산리튬 보호막으로 폭발 없는 배터리 만든다

- 계면활성제 역할하는 다기능성 박막 제조를 통한 차세대 전지 개발 세계적인 탄소배출 규제강화 움직임에 따라 전기차 수요가 늘어나고 있다. BMW, 폭스바겐, 테슬라, 볼보, GM 등 글로벌 완성차업체들도 연이어 전기차 생산을 높인다고 발표했다. 그러나 배터리 폭발로 인한 화재 사고 등 불안 요소는 여전히 남아 있다. 최근 POSTECH 화학과 박수진 교수, 이정인 박사, 통합과정 조성진씨 연구팀이 기존 사용되는 배터리 제조 시스템을 변화시키지 않고도, 쉬운 제조 방법으로 리튬 금속 보호막을 제조하는 데 성공했다. 게다가, 통상적으로 사용되는 카보네이트 계열 전해질에서도 높은 에너지 밀도를 안정적으로 구현할 수 있는 리튬 금속 배터리를 제조할 수 있는 새로운 방법을 제시했다. 이 연구 결과는 국제학술지 ‘에너지 스토리지 머티리얼즈(Energy Storage Materials)’ 온라인판에 최근 소개됐다.리튬 금속은 높은 에너지 밀도를 구현해 낼 수 있는 배터리 음극 물질이다. 그러나, 리튬 금속은 높은 반응성으로 인해 카보네이트 계열 전해질에서 불안정한 반응을 일으키고, 결국 배터리의 안정성을 크게 저하시키는 고질적인 단점을 가지고 있다.연구팀은 이온화된 질산리튬이 정전기적 인력으로 결합된 마이셀1 형태의 블록 공중합체(poly(styrene-block-2-vinylpyridine)) 보호막 제조를 통해 카보네이트 계열 전해질에서도 높은 안정성과 성능을 나타내는 리튬 금속 배터리를 구현했다. 마이셀 보호막은 리튬 금속과 전해질과의 직접적인 접촉을 막아주면서 이온 전도성이 높은 고체 전해질 계면을 형성시키며, 초기 전착2되는 리튬의 모형을 안정적으로 유도했다. 게다가, 일반적인 카보네이트 계열 전해질을 사용하더라도 높은 온도에서 100 사이클이 넘는 안정적인 효율을 유지하는 것으로 나타났다.또한, 얇은 두께의 리튬 음극(40μm)과 높은 면적 용량(4.0 mAh cm−2) 그리고 높은 전류밀도(4.0 mA cm−2)를 이용한 가혹 조건에서 실시한 평가에서 300 사이클이 넘도록 장시간 수명 안정성을 보였을 뿐만 아니라 파우치 형태의 평가에서도 유사한 성능을 보였다. 1. 마이셀(micelle)고분자 물질과 같은 비결정 물질을 구성하고 있는 미소결정 입자. 2. 전착(電着, electrodeposition)용액 중에 전극 판을 배치하여 직류 전압을 가하여 물질을 전극 면에 부착시키는 것. 도금의 일종. 박수진 교수는 “리튬 금속 음극은 높은 에너지 밀도를 구현해 차세대 음극 물질로 각광 받는 물질인데, 안정성이 너무 좋지 않아 상용화에 어려움이 있었다”며, “일반적으로 리튬 음극 배터리는 카보네이트 계열 전해질에서는 상대적으로 안정성이 좋지 않은데 이번 연구에서 이런 문제를 해결했다”고 말했다. 또한, “파우치 셀 제작과 같이 대면적화에도 적합하며, 고온에서도 안정적으로 구동되는 리튬 금속 배터리 시스템 실현이 기대된다”고 덧붙였다.한편, 이번 연구는 과학기술분야 기초연구사업 개인연구사업 ‘대통령 POST-Doc. 펠로우십사업’, 과학기술정보통신부 연구사업 ‘기후변화대응기술개발사업’의 지원으로 수행됐다.

편집부 2021-06-15