친환경 미래기술의 대중화를 위해 저비용 그리고 고에너지밀도 이차전지 (배터리)의 기술 확보는 해결해야 할 핵심 과제입니다. 현재 상용화된 리튬이온 전지의 층상구조 양극소재는 니켈(Ni), 코발트(Co) 등 고가의 전이금속에 대한 의존도가 높아 원자재 가격 변동성과 공급망 리스크에 취약하며, 이는 전기자동차의 가격 경쟁력 확보 및 자원자립화에 큰 걸림돌이 되고 있습니다. 또한, 충·방전 과정에서 양극소재의 반복되는 격자 부피 변화는 소재의 구조적 안정성을 저해하고 전극의 수명을 단축시키는 근본적인 한계로 지적되어 왔습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 매장량이 풍부하고 가격경쟁력이 높은 철(Fe)을 핵심 원소로 활용하려는 연구가 주목되어 왔으나, 철의 층상구조 내에서의 불안정하고 비가역적인 구동은 고성능 철기반 양극소재 개발의 근본적인 장애물이 되고 있습니다.

 본 연구에서는 기존 소재 설계의 한계를 뛰어넘는 새로운 ‘전이금속의 스핀(spin) 상태’를  핵심 설계 변수로 도입하고 기존 설계변수와 함께 구조적 안정성의 상관관계를 규명하여, 불안정하다고 알려진 철(Fe)의 층상구조 내에서 안정성을 확보하여 고에너지밀도 그리고 저가격 리튬층상구조 양극소재 개발을 목표로 합니다. 또한, 충·방전 과정에서 발생하는 양극소재의 부피 변화를 억제한 무변형(Zero-Strain) 특성을 구현하여 소재의 초장수명을 확보하고, 기존 소재공정을 그대로 차용하여 입자 및 전극 밀도까지 확보함으로써 개발된 소재의 산업화 가능성도 검증하고자 합니다.

 제안된 리튬양극소재의 신규 설계규칙의 검증과 실제 소재의 구현 그리고 AI/계산과학 기반 신규 소재특성 예측방법의 개발을 통해 기존 잘 알려져 있는 양극소재의 설계규칙을 근본적으로 혁신함으로써 관련 분야의 핵심 원천기술을 확보하고 미래 모빌리티 및 에너지저장시스템 산업의 보급화와 대한민국 이차전지산업의 국가경쟁력을 확보하는데 기여하고자 합니다.

친환경 미래기술의 대중화를 위해 저비용 그리고 고에너지밀도 이차전지 (배터리)의 기술 확보는 해결해야 할 핵심 과제입니다. 현재 상용화된 리튬이온 전지의 층상구조 양극소재는 니켈(Ni), 코발트(Co) 등 고가의 전이금속에 대한 의존도가 높아 원자재 가격 변동성과 공급망 리스크에 취약하며, 이는 전기자동차의 가격 경쟁력 확보 및 자원자립화에 큰 걸림돌이 되고 있습니다. 또한, 충·방전 과정에서 양극소재의 반복되는 격자 부피 변화는 소재의 구조적 안정성을 저해하고 전극의 수명을 단축시키는 근본적인 한계로 지적되어 왔습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 매장량이 풍부하고 가격경쟁력이 높은 철(Fe)을 핵심 원소로 활용하려는 연구가 주목되어 왔으나, 철의 층상구조 내에서의 불안정하고 비가역적인 구동은 고성능 철기반 양극소재 개발의 근본적인 장애물이 되고 있습니다.  본 연구에서