과제 & 연구자
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전고체전지는 기존 액체전해질 기반 리튬이온 이차전지가 가지고 있는 낮은 용량과 안전성의 한계를 획기적으로 극복할 수 있기 때문에 차세대 이차전지로 많은 각광을 받고 있습니다. 하지만 현재까지 개발된 전고체전지는 수명이 낮고 충전 속도가 느리다는 문제를 가지고 있습니다. 이를 극복하기 위하여 전고체전지 전극 활물질과 고체전해질 입자간 계면을 안정화 하고 리튬 거동 반응을 제어하는 것이 필요합니다.
전고체전지 전극은 단단한 전극 활물질 입자와 고체전해질 입자가 복잡하게 섞여 있는 컴포짓(composite) 형태로 되어 있습니다. 활물질 입자는 충방전을 거치면서 수축과 팽창을 거듭하는데, 기존 액체 전해질에서는 압력이 분산되었지만 고체 전해질 환경에서는 압력 분산이 어렵기 때문에 계면의 불균일성을 가속화 합니다. 고체전해질과 전극 입자간 계면의 복잡한 기계화학적 (chemomechanical) 환경에 의해 리튬의 삽입/탈리반응을 불균일 하게 만들고, 리튬의 흐름에 의해 변하는 응력과 변형률의 불균성또한 더욱 가중시키게 됩니다. 이에 따라 전지에서는 균열이 발생하고 수명과 효율이 점차 저하되며 아직까지 이러한 현상을 예측 및 제어하는 것은 난제로 남겨져 있습니다.
본 과제를 통해 전극입자와 고체전해질간의 기계화학적 환경을 제어하고, 전고체전지구동과 함께 전극 내부의 리튬이온 거동, 응력과 변형률을 실시간으로 이미징 할 수 있는 기법을 개발하고자 합니다. 이를 위하여 방사광 가속기의 결맞는 X선 회절을 활용한 이미징 기술과 전극 내부를 들여다 볼 수 있는 이차전지 소자를 개발할 계획입니다. 본 연구를 통해 전극-고체전해질 계면 환경을 해석할 수 있는 새로운 패러다임을 제시할 수 있을 것으로 기대 합니다.
전고체전지는 기존 액체전해질 기반 리튬이온 이차전지가 가지고 있는 낮은 용량과 안전성의 한계를 획기적으로 극복할 수 있기 때문에 차세대 이차전지로 많은 각광을 받고 있습니다. 하지만 현재까지 개발된 전고체전지는 수명이 낮고 충전 속도가 느리다는 문제를 가지고 있습니다. 이를 극복하기 위하여 전고체전지 전극 활물질과 고체전해질 입자간 계면을 안정화 하고 리튬 거동 반응을 제어하는 것이 필요합니다. 전고체전지 전극은 단단한 전극 활물질 입자와 고체전해질 입자가 복잡하게 섞여 있는 컴포짓(composite) 형태로 되어 있습니다. 활물질 입자는 충방전을 거치면서 수축과 팽창을 거듭하는데, 기존 액체 전해질에서는 압력이 분산되었지만 고체 전해질 환경에서는 압력 분산이 어렵기 때문에 계면의 불균일성을 가속화 합니다. 고체전해질과 전극 입자간 계면의 복잡한 기계화학적 (chemomech