Project
Development of high-energy density soft materials integration through superionic plastic crystal design
2018.07.16~2024.07.15
Ministry of Science and ICT
계산재료과학을 이용한 superionic bio-cellulose 및 OIPC 신물질 설계 및 도출
• 유기양이온과 무기음이온으로 구성된 OIPC는 자연계에서 1018개의 다양한 조합을 가질 수 있어 실험만으로 모든 스크리닝이 불가능하며, 고이온전도와 상온 안정성, 유연성등의 중요인자를 기준으로 계산 및 이론 스크리닝을 통한 후보군 DB구축이 필수로 요구됨
OIPC후보 물질의 고성능 파우치 셀 개발 가능성 확보
• 계산과학 기반으로 정밀히 계산된 OIPC 유기양이온/무기음이온 후보군들을 실험 전문가를 통해 고체전해질로 제작. 이온전도성, 상온 안정성과 같은 중요인자를 평가하고, 실제 에너지 저장 장치에 탑재하여 실용화 가능성 확보.
전고체 에너지 변환 및 저장 소자 기술의 구현 및 검증
• 고체전해질의 유력 후보물질을 기반으로 적절한 금속 애노드, 캐소드를 적용한 플렉서블 소자를 제작하여 동작특성 및 신뢰성을 평가하는 시스템 구축 및 이를 배터리, 슈퍼커패시터, 연료전지 등 다양한 시스템에 적용하는 기술 구현
활용계획 및 기대효과
• 세계 최고수준의 superionic plastic crystal 및 전극촉매의 개발과 이를 탑재한 고에너지밀도의 soft materials system기술은 2차전지 분야에서는 기존의 리튬이온전지 보다 고용량, 경량화 및 유연화 실현이 가능한 earth-abundant Zn-air battery pouch cell 제작 가능
• 소형 IT 모바일 기기시장을 포함하여 고성능/안정성 문제가 핵심인 전기차 및 각종 산업용 중대형 전지시장에서 막대한 시장 파급효과 기대
Highly efficient energy materials using strongly correlated single atom catalysts
2023.03.01~2028.02.29
Ministry of Science and ICT
• Strongly Correlated Single Atom Catalysts(SC-SAC) 소재의 원천 기술, 소재 해석론, AI 기계학습 기반 소재 모델링 기술을 통합하는 프로토콜 구축을 통해, 1) 기존 전기화학 촉매 한계를 극복 할 수 있는 SC-SAC 소재 설계기술이 개발되고, 2) 고품질 촉매를 구현하기 위한 구조 제어 방법론이 제시되며, 3) 원자 수준의 고도 분석 기술로 해당 소재의 기초 개념을 정립하며, 마지막으로 4) 실제 촉매 반응원리를 정확하게 모사하는 시뮬레이션·AI기계학습 시스템 기술을 확립
• 기존 촉매 소재의 한계를 뛰어넘고, 더 나아가 수전해, 연료전지, 리튬 금속전지 및 금속 공기전지 기술과 같은 광범위한 에너지 소자에 접목하여 초고효율 에너지 소자를 구현, 세계를 선도하는 리딩 연구를 수행하고자 함
활용계획 및 기대효과
• 현대 에너지 저장 기술은 리튬계 전지에 종속되어 있으며, 해당 기술은 중국이 산업에 사용되는 희귀원소 유통망의 80% 이상을 장악하고 있는 실정(에너지 무기화 우려). 이와 함께 8월 10일 미국 상원에서 반도체에 이어 배터리산업 역시 중국을 완전히 배제하는 법령이 통과됨에 따라 향후 3-5년 내에 배터리 핵심 소재 및 제조의 supply chain에서 중국을 완전히 배제해야 미국에 공급이 가능한 상황이 전개되어, 빠른 시일 내에 기존의 LIB산업을 대체하는 에너지 저장장치 개발이 필수
• 본 과제로 개발되는 촉매 기술을 통해 다양한 전기화학 에너지 변환 및 저장장치가 개발될 수 있으며, 현재의 산업적/국가적 에너지 위기를 극복 할 수 있음
• 이와 함께 원천기술은 환경 위기에 대응 할 수 있는 촉매기술로써, 소자 기술로 확장되어 차세대 에너지 변환장치/저장장치에 상용 탑재 된다면 현재 인류의 기후 위기 한계를 극복할 수 있는 breakthrough 기술이 될 것으로 기대 됨. 따라서 현재 급격히 성장 중인 수소 에너지 시장과 금속 전지 시장에 막대한 패러다임 변혁을 이루어 낼 수 있으며, 궁극적 개념의 촉매기술로 목표 시장 내에서의 압도적인 기술 경쟁력 확보가 가능 할 것으로 추정
• 차세대 촉매 기술의 진보는 단순히 산업적 제품이나 서비스를 창출하는 경제적인 파급력에 국한되는 것이 아니라, 사회 시스템과 생활 양식 등, 사회 전반적으로 에너지 혁신이 촉발 될 수 있음