나노기술 및 정책 정보

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● 한국과학기술원의 홍승범 교수, 독일 Aachen University of Technology의 Florian Hausen 교수 공동연구팀이 고용량 리튬이온배터리를 충·방전할 때 리튬이온의 움직임과 전자들이 움직이는 전도 경로, 격자들의 움직임을 영상화하는 데 성공

● 기존의 전기화학 특성평가방법으로는 나노미터 수준의 미시세계에서 벌어지고 있는 현상들을 이해하기 어려워 나노미터 수준에서 리튬이온의 농도 및 전기전도도를 분석하는 기술의 개발이 필요한 실정

● 이에 연구팀은 원자간력 현미경의 모드 중 전기화학적 변형 현미경(ESM)과 전도성 원자간력 현미경(C-AFM)을 활용하여 친환경차 배터리에 적용되는 고용량 양극재인 NCM622 시료의 충･방전상태(SOC)에 따른 리튬이온의 나노스케일 분포도를 영상화

● 또한, 이를 근단엑스선형광분광계(NEXAFS)와 엑스선회절패턴(XRD pattern)과 비교·분석하여, 리튬이온이 양극재에 확산되어 산소팔면체에 들어갈 때 니켈과 산소의 결합이 이온결합에서 공유결합으로 바뀌면서 전기전도도가 낮아지는 현상을 검증하고 이들 사이의 상관관계를 확인

● 리튬이온의 농도 및 전기전도도 분석으로 향후 신뢰성이 높고 수명이 긴 고속 충·방전 배터리 소재를 디자인하는데 기여할 수 있어 20년 가량 소요되는 차세대 배터리 소재 개발기간을 대폭 단축시킬 수 있을 것으로 기대

※ ACS Applied Energy Materials 게재(2022.02.28.), “Unraveling the State of Charge-Dependent Electronic and Ionic Structure−Property Relationships in NCM622 Cells by Multiscale Characterization”

※ KAIST 글로벌 특이점 사업, 한국연구재단(거대과학연구개발사업) 지원