- 망간기반 양극재의 수명 저하 원인 규명..고가의 니켈 대체 기대 - 전극-전해질 계면 안정화 기술로 수명 62% 향상된 배터리 전략 제시 현재 전기자동차의 배터리에 들어가는 대부분의 양극소재는 전이금속 중 60% 이상이 니켈로 이루어진 층상구조 산화물이다. 니켈 층상구조 산화물의 경우 에너지밀도가 높아 전기차의 주행거리를 확보하는데 유리하지만, 니켈 원자재 수급의 불안정이라는 문제점이 있었다. 이에 대한 대안으로 연구자들은 국제 현물시장에서 니켈의 17분의 1정도 가격에 거래되고있는 망간을 주요 원소로 활용하는 스피넬 양극재에 주목했으나 급격한 수명저하 현상이 상용화의 걸림돌이었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 에너지소재연구센터 홍지현 박사 연구팀이 고용량 망간 기반 스피넬 양극 소재의 고질적 문제인 급격한 수명 저하 원인을 규명해 차세대 전기차 배터리로 망간 양극재 리튬배터리의 상용화 가능성을 크게 높였다고 밝혔다. 망간 기반 스피넬 양극재는 이론적으로 니켈 기반 상용 양극재 수준의 높은 밀도로 에너지를 저장할 수 있으며, 금속 원자재 가격을 고려하면 가격당 에너지밀도는 2.8배에 달한다. 그러나 전지의 전체 용량을 활용할 경우 급격한 수명 저하현상이 있었기 때문에 실질적으로는 이론값의 75%정도로만 에너지를 저장할 수 있었다. 그간 학계에서는 망간 기반 스피넬 양극재의 충·방전 과정에서 형성되는 3가 망간(Mn3+)이 소재 결정구조의 뒤틀림을 발생시켜 전해질로의 망간 용출을 야기하고, 이는 결국 양극재의 수명저하의 원인이라는 것이 정설로 여겨졌다. 이에 따라 대부분의 연구가 3가 망간의 형성을 억제하는 데 집중됐다. 주류학계의 이론과는 달리 KIST 홍지현 박사팀(제1저자: 임국현 학생연구원)은 전지의 구동전압 범위를 조절하면 3가 망간이 형성되더라도 양극재가 뛰어난 수명 특성을 보인다는 사실을 새롭게 밝혀냈다. 연구팀은 기존 이론으로 설명되지 않는 이와 같은 현상의 해석을 위해 방사광 가속기 기법 등 고도의 소재 분석 기술을 활용했다. 이를 통해 거듭되는 충·방전 과정에서 양극소재 및 전해질 사이 계면의 부반응이 수명을 저하시키는 원인이 되고 있음을 최초로 규명했다. 연구팀은 나아가 양극-전해질 계면 안정화를 통해 망간 기반 소재의 수명을 획기적으로 개선할 수 있는 핵심전략도 함께 제시했다. 이 같은 전략의 예시로 무(無)-에틸렌 카보네이트 전해질(EC-free electrolyte) 도입으로 상용 전해질 대비 62%의 수명 개선 사실을 증명했다. 이것은 현재까지 보고된 망간 기반 스피넬 양극 소재의 성능 가운데 가장 우수한 용량과 출력이다. KIST 홍지현 박사는 “본 연구를 통해 KIST가 전기차 보급 확대의 기폭제가 될 망간 기반 고에너지 양극소재의 상용화의 새로운 방법론을 제시했다”라며 “학계와 산업계가 그간 많은 역량을 축적해온 니켈 기반 양극재의 계면 안정화 기술을 망간 기반 차세대 양극재에 적용하는데 집중한다면 미래 모빌리티 산업에서 우리 기업들이 한층 높은 경쟁력을 유지할 수 있을 것으로 기대한다”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 주요사업 및 한국연구재단 개인연구사업(우수신진연구, 중견연구)을 통해 수행되었으며 해당 연구 결과는 에너지 소재 분야의 세계적 권위지 ‘Advanced Energy Materials’ (IF:29.698, JCR 분야 상위 2.464%)의 전면 표지 논문으로 선정됐다. * (논문명) Regulating Dynamic Electrochemical Interface of LiNi0.5Mn1.5O4 Spinel Cathode for Realizing Simultaneous Mn and Ni Redox in Rechargeable Lithium Batteries - (제 1저자) 한국과학기술연구원 임국현 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 홍지현 선임연구원 [그림 설명] [그림 1] 전면 표지 논문 선정 이미지 [그림 2] 지난 3년간의 양극재 가격 변동 (좌), 타 양극재 대비 망간 기반 양극재의 성능 비교 (우). 네모 표시는 이번 성과로 연구한 망간 기반 양극재 [그림 3] 새롭게 규명한 망간 기반 스피넬 양극-전해질 계면의 부반응 메커니즘 [그림 4] 리튬이온전지 망간 양극재 수명 저하원인을 규명하고, 수명 개선 기술을 개발한 KIST 연구진. (좌) 임국현 학생연구원(제1저자), (우) 홍지현 박사

- 망간기반 양극재의 수명 저하 원인 규명..고가의 니켈 대체 기대 - 전극-전해질 계면 안정화 기술로 수명 62% 향상된 배터리 전략 제시 현재 전기자동차의 배터리에 들어가는 대부분의 양극소재는 전이금속 중 60% 이상이 니켈로 이루어진 층상구조 산화물이다. 니켈 층상구조 산화물의 경우 에너지밀도가 높아 전기차의 주행거리를 확보하는데 유리하지만, 니켈 원자재 수급의 불안정이라는 문제점이 있었다. 이에 대한 대안으로 연구자들은 국제 현물시장에서 니켈의 17분의 1정도 가격에 거래되고있는 망간을 주요 원소로 활용하는 스피넬 양극재에 주목했으나 급격한 수명저하 현상이 상용화의 걸림돌이었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 에너지소재연구센터 홍지현 박사 연구팀이 고용량 망간 기반 스피넬 양극 소재의 고질적 문제인 급격한 수명 저하 원인을 규명해 차세대 전기차 배터리로 망간 양극재 리튬배터리의 상용화 가능성을 크게 높였다고 밝혔다. 망간 기반 스피넬 양극재는 이론적으로 니켈 기반 상용 양극재 수준의 높은 밀도로 에너지를 저장할 수 있으며, 금속 원자재 가격을 고려하면 가격당 에너지밀도는 2.8배에 달한다. 그러나 전지의 전체 용량을 활용할 경우 급격한 수명 저하현상이 있었기 때문에 실질적으로는 이론값의 75%정도로만 에너지를 저장할 수 있었다. 그간 학계에서는 망간 기반 스피넬 양극재의 충·방전 과정에서 형성되는 3가 망간(Mn3+)이 소재 결정구조의 뒤틀림을 발생시켜 전해질로의 망간 용출을 야기하고, 이는 결국 양극재의 수명저하의 원인이라는 것이 정설로 여겨졌다. 이에 따라 대부분의 연구가 3가 망간의 형성을 억제하는 데 집중됐다. 주류학계의 이론과는 달리 KIST 홍지현 박사팀(제1저자: 임국현 학생연구원)은 전지의 구동전압 범위를 조절하면 3가 망간이 형성되더라도 양극재가 뛰어난 수명 특성을 보인다는 사실을 새롭게 밝혀냈다. 연구팀은 기존 이론으로 설명되지 않는 이와 같은 현상의 해석을 위해 방사광 가속기 기법 등 고도의 소재 분석 기술을 활용했다. 이를 통해 거듭되는 충·방전 과정에서 양극소재 및 전해질 사이 계면의 부반응이 수명을 저하시키는 원인이 되고 있음을 최초로 규명했다. 연구팀은 나아가 양극-전해질 계면 안정화를 통해 망간 기반 소재의 수명을 획기적으로 개선할 수 있는 핵심전략도 함께 제시했다. 이 같은 전략의 예시로 무(無)-에틸렌 카보네이트 전해질(EC-free electrolyte) 도입으로 상용 전해질 대비 62%의 수명 개선 사실을 증명했다. 이것은 현재까지 보고된 망간 기반 스피넬 양극 소재의 성능 가운데 가장 우수한 용량과 출력이다. KIST 홍지현 박사는 “본 연구를 통해 KIST가 전기차 보급 확대의 기폭제가 될 망간 기반 고에너지 양극소재의 상용화의 새로운 방법론을 제시했다”라며 “학계와 산업계가 그간 많은 역량을 축적해온 니켈 기반 양극재의 계면 안정화 기술을 망간 기반 차세대 양극재에 적용하는데 집중한다면 미래 모빌리티 산업에서 우리 기업들이 한층 높은 경쟁력을 유지할 수 있을 것으로 기대한다”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 주요사업 및 한국연구재단 개인연구사업(우수신진연구, 중견연구)을 통해 수행되었으며 해당 연구 결과는 에너지 소재 분야의 세계적 권위지 ‘Advanced Energy Materials’ (IF:29.698, JCR 분야 상위 2.464%)의 전면 표지 논문으로 선정됐다. * (논문명) Regulating Dynamic Electrochemical Interface of LiNi0.5Mn1.5O4 Spinel Cathode for Realizing Simultaneous Mn and Ni Redox in Rechargeable Lithium Batteries - (제 1저자) 한국과학기술연구원 임국현 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 홍지현 선임연구원 [그림 설명] [그림 1] 전면 표지 논문 선정 이미지 [그림 2] 지난 3년간의 양극재 가격 변동 (좌), 타 양극재 대비 망간 기반 양극재의 성능 비교 (우). 네모 표시는 이번 성과로 연구한 망간 기반 양극재 [그림 3] 새롭게 규명한 망간 기반 스피넬 양극-전해질 계면의 부반응 메커니즘 [그림 4] 리튬이온전지 망간 양극재 수명 저하원인을 규명하고, 수명 개선 기술을 개발한 KIST 연구진. (좌) 임국현 학생연구원(제1저자), (우) 홍지현 박사

- 망간기반 양극재의 수명 저하 원인 규명..고가의 니켈 대체 기대 - 전극-전해질 계면 안정화 기술로 수명 62% 향상된 배터리 전략 제시 현재 전기자동차의 배터리에 들어가는 대부분의 양극소재는 전이금속 중 60% 이상이 니켈로 이루어진 층상구조 산화물이다. 니켈 층상구조 산화물의 경우 에너지밀도가 높아 전기차의 주행거리를 확보하는데 유리하지만, 니켈 원자재 수급의 불안정이라는 문제점이 있었다. 이에 대한 대안으로 연구자들은 국제 현물시장에서 니켈의 17분의 1정도 가격에 거래되고있는 망간을 주요 원소로 활용하는 스피넬 양극재에 주목했으나 급격한 수명저하 현상이 상용화의 걸림돌이었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 에너지소재연구센터 홍지현 박사 연구팀이 고용량 망간 기반 스피넬 양극 소재의 고질적 문제인 급격한 수명 저하 원인을 규명해 차세대 전기차 배터리로 망간 양극재 리튬배터리의 상용화 가능성을 크게 높였다고 밝혔다. 망간 기반 스피넬 양극재는 이론적으로 니켈 기반 상용 양극재 수준의 높은 밀도로 에너지를 저장할 수 있으며, 금속 원자재 가격을 고려하면 가격당 에너지밀도는 2.8배에 달한다. 그러나 전지의 전체 용량을 활용할 경우 급격한 수명 저하현상이 있었기 때문에 실질적으로는 이론값의 75%정도로만 에너지를 저장할 수 있었다. 그간 학계에서는 망간 기반 스피넬 양극재의 충·방전 과정에서 형성되는 3가 망간(Mn3+)이 소재 결정구조의 뒤틀림을 발생시켜 전해질로의 망간 용출을 야기하고, 이는 결국 양극재의 수명저하의 원인이라는 것이 정설로 여겨졌다. 이에 따라 대부분의 연구가 3가 망간의 형성을 억제하는 데 집중됐다. 주류학계의 이론과는 달리 KIST 홍지현 박사팀(제1저자: 임국현 학생연구원)은 전지의 구동전압 범위를 조절하면 3가 망간이 형성되더라도 양극재가 뛰어난 수명 특성을 보인다는 사실을 새롭게 밝혀냈다. 연구팀은 기존 이론으로 설명되지 않는 이와 같은 현상의 해석을 위해 방사광 가속기 기법 등 고도의 소재 분석 기술을 활용했다. 이를 통해 거듭되는 충·방전 과정에서 양극소재 및 전해질 사이 계면의 부반응이 수명을 저하시키는 원인이 되고 있음을 최초로 규명했다. 연구팀은 나아가 양극-전해질 계면 안정화를 통해 망간 기반 소재의 수명을 획기적으로 개선할 수 있는 핵심전략도 함께 제시했다. 이 같은 전략의 예시로 무(無)-에틸렌 카보네이트 전해질(EC-free electrolyte) 도입으로 상용 전해질 대비 62%의 수명 개선 사실을 증명했다. 이것은 현재까지 보고된 망간 기반 스피넬 양극 소재의 성능 가운데 가장 우수한 용량과 출력이다. KIST 홍지현 박사는 “본 연구를 통해 KIST가 전기차 보급 확대의 기폭제가 될 망간 기반 고에너지 양극소재의 상용화의 새로운 방법론을 제시했다”라며 “학계와 산업계가 그간 많은 역량을 축적해온 니켈 기반 양극재의 계면 안정화 기술을 망간 기반 차세대 양극재에 적용하는데 집중한다면 미래 모빌리티 산업에서 우리 기업들이 한층 높은 경쟁력을 유지할 수 있을 것으로 기대한다”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 주요사업 및 한국연구재단 개인연구사업(우수신진연구, 중견연구)을 통해 수행되었으며 해당 연구 결과는 에너지 소재 분야의 세계적 권위지 ‘Advanced Energy Materials’ (IF:29.698, JCR 분야 상위 2.464%)의 전면 표지 논문으로 선정됐다. * (논문명) Regulating Dynamic Electrochemical Interface of LiNi0.5Mn1.5O4 Spinel Cathode for Realizing Simultaneous Mn and Ni Redox in Rechargeable Lithium Batteries - (제 1저자) 한국과학기술연구원 임국현 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 홍지현 선임연구원 [그림 설명] [그림 1] 전면 표지 논문 선정 이미지 [그림 2] 지난 3년간의 양극재 가격 변동 (좌), 타 양극재 대비 망간 기반 양극재의 성능 비교 (우). 네모 표시는 이번 성과로 연구한 망간 기반 양극재 [그림 3] 새롭게 규명한 망간 기반 스피넬 양극-전해질 계면의 부반응 메커니즘 [그림 4] 리튬이온전지 망간 양극재 수명 저하원인을 규명하고, 수명 개선 기술을 개발한 KIST 연구진. (좌) 임국현 학생연구원(제1저자), (우) 홍지현 박사

- 망간기반 양극재의 수명 저하 원인 규명..고가의 니켈 대체 기대 - 전극-전해질 계면 안정화 기술로 수명 62% 향상된 배터리 전략 제시 현재 전기자동차의 배터리에 들어가는 대부분의 양극소재는 전이금속 중 60% 이상이 니켈로 이루어진 층상구조 산화물이다. 니켈 층상구조 산화물의 경우 에너지밀도가 높아 전기차의 주행거리를 확보하는데 유리하지만, 니켈 원자재 수급의 불안정이라는 문제점이 있었다. 이에 대한 대안으로 연구자들은 국제 현물시장에서 니켈의 17분의 1정도 가격에 거래되고있는 망간을 주요 원소로 활용하는 스피넬 양극재에 주목했으나 급격한 수명저하 현상이 상용화의 걸림돌이었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 에너지소재연구센터 홍지현 박사 연구팀이 고용량 망간 기반 스피넬 양극 소재의 고질적 문제인 급격한 수명 저하 원인을 규명해 차세대 전기차 배터리로 망간 양극재 리튬배터리의 상용화 가능성을 크게 높였다고 밝혔다. 망간 기반 스피넬 양극재는 이론적으로 니켈 기반 상용 양극재 수준의 높은 밀도로 에너지를 저장할 수 있으며, 금속 원자재 가격을 고려하면 가격당 에너지밀도는 2.8배에 달한다. 그러나 전지의 전체 용량을 활용할 경우 급격한 수명 저하현상이 있었기 때문에 실질적으로는 이론값의 75%정도로만 에너지를 저장할 수 있었다. 그간 학계에서는 망간 기반 스피넬 양극재의 충·방전 과정에서 형성되는 3가 망간(Mn3+)이 소재 결정구조의 뒤틀림을 발생시켜 전해질로의 망간 용출을 야기하고, 이는 결국 양극재의 수명저하의 원인이라는 것이 정설로 여겨졌다. 이에 따라 대부분의 연구가 3가 망간의 형성을 억제하는 데 집중됐다. 주류학계의 이론과는 달리 KIST 홍지현 박사팀(제1저자: 임국현 학생연구원)은 전지의 구동전압 범위를 조절하면 3가 망간이 형성되더라도 양극재가 뛰어난 수명 특성을 보인다는 사실을 새롭게 밝혀냈다. 연구팀은 기존 이론으로 설명되지 않는 이와 같은 현상의 해석을 위해 방사광 가속기 기법 등 고도의 소재 분석 기술을 활용했다. 이를 통해 거듭되는 충·방전 과정에서 양극소재 및 전해질 사이 계면의 부반응이 수명을 저하시키는 원인이 되고 있음을 최초로 규명했다. 연구팀은 나아가 양극-전해질 계면 안정화를 통해 망간 기반 소재의 수명을 획기적으로 개선할 수 있는 핵심전략도 함께 제시했다. 이 같은 전략의 예시로 무(無)-에틸렌 카보네이트 전해질(EC-free electrolyte) 도입으로 상용 전해질 대비 62%의 수명 개선 사실을 증명했다. 이것은 현재까지 보고된 망간 기반 스피넬 양극 소재의 성능 가운데 가장 우수한 용량과 출력이다. KIST 홍지현 박사는 “본 연구를 통해 KIST가 전기차 보급 확대의 기폭제가 될 망간 기반 고에너지 양극소재의 상용화의 새로운 방법론을 제시했다”라며 “학계와 산업계가 그간 많은 역량을 축적해온 니켈 기반 양극재의 계면 안정화 기술을 망간 기반 차세대 양극재에 적용하는데 집중한다면 미래 모빌리티 산업에서 우리 기업들이 한층 높은 경쟁력을 유지할 수 있을 것으로 기대한다”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 주요사업 및 한국연구재단 개인연구사업(우수신진연구, 중견연구)을 통해 수행되었으며 해당 연구 결과는 에너지 소재 분야의 세계적 권위지 ‘Advanced Energy Materials’ (IF:29.698, JCR 분야 상위 2.464%)의 전면 표지 논문으로 선정됐다. * (논문명) Regulating Dynamic Electrochemical Interface of LiNi0.5Mn1.5O4 Spinel Cathode for Realizing Simultaneous Mn and Ni Redox in Rechargeable Lithium Batteries - (제 1저자) 한국과학기술연구원 임국현 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 홍지현 선임연구원 [그림 설명] [그림 1] 전면 표지 논문 선정 이미지 [그림 2] 지난 3년간의 양극재 가격 변동 (좌), 타 양극재 대비 망간 기반 양극재의 성능 비교 (우). 네모 표시는 이번 성과로 연구한 망간 기반 양극재 [그림 3] 새롭게 규명한 망간 기반 스피넬 양극-전해질 계면의 부반응 메커니즘 [그림 4] 리튬이온전지 망간 양극재 수명 저하원인을 규명하고, 수명 개선 기술을 개발한 KIST 연구진. (좌) 임국현 학생연구원(제1저자), (우) 홍지현 박사

- 망간기반 양극재의 수명 저하 원인 규명..고가의 니켈 대체 기대 - 전극-전해질 계면 안정화 기술로 수명 62% 향상된 배터리 전략 제시 현재 전기자동차의 배터리에 들어가는 대부분의 양극소재는 전이금속 중 60% 이상이 니켈로 이루어진 층상구조 산화물이다. 니켈 층상구조 산화물의 경우 에너지밀도가 높아 전기차의 주행거리를 확보하는데 유리하지만, 니켈 원자재 수급의 불안정이라는 문제점이 있었다. 이에 대한 대안으로 연구자들은 국제 현물시장에서 니켈의 17분의 1정도 가격에 거래되고있는 망간을 주요 원소로 활용하는 스피넬 양극재에 주목했으나 급격한 수명저하 현상이 상용화의 걸림돌이었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 에너지소재연구센터 홍지현 박사 연구팀이 고용량 망간 기반 스피넬 양극 소재의 고질적 문제인 급격한 수명 저하 원인을 규명해 차세대 전기차 배터리로 망간 양극재 리튬배터리의 상용화 가능성을 크게 높였다고 밝혔다. 망간 기반 스피넬 양극재는 이론적으로 니켈 기반 상용 양극재 수준의 높은 밀도로 에너지를 저장할 수 있으며, 금속 원자재 가격을 고려하면 가격당 에너지밀도는 2.8배에 달한다. 그러나 전지의 전체 용량을 활용할 경우 급격한 수명 저하현상이 있었기 때문에 실질적으로는 이론값의 75%정도로만 에너지를 저장할 수 있었다. 그간 학계에서는 망간 기반 스피넬 양극재의 충·방전 과정에서 형성되는 3가 망간(Mn3+)이 소재 결정구조의 뒤틀림을 발생시켜 전해질로의 망간 용출을 야기하고, 이는 결국 양극재의 수명저하의 원인이라는 것이 정설로 여겨졌다. 이에 따라 대부분의 연구가 3가 망간의 형성을 억제하는 데 집중됐다. 주류학계의 이론과는 달리 KIST 홍지현 박사팀(제1저자: 임국현 학생연구원)은 전지의 구동전압 범위를 조절하면 3가 망간이 형성되더라도 양극재가 뛰어난 수명 특성을 보인다는 사실을 새롭게 밝혀냈다. 연구팀은 기존 이론으로 설명되지 않는 이와 같은 현상의 해석을 위해 방사광 가속기 기법 등 고도의 소재 분석 기술을 활용했다. 이를 통해 거듭되는 충·방전 과정에서 양극소재 및 전해질 사이 계면의 부반응이 수명을 저하시키는 원인이 되고 있음을 최초로 규명했다. 연구팀은 나아가 양극-전해질 계면 안정화를 통해 망간 기반 소재의 수명을 획기적으로 개선할 수 있는 핵심전략도 함께 제시했다. 이 같은 전략의 예시로 무(無)-에틸렌 카보네이트 전해질(EC-free electrolyte) 도입으로 상용 전해질 대비 62%의 수명 개선 사실을 증명했다. 이것은 현재까지 보고된 망간 기반 스피넬 양극 소재의 성능 가운데 가장 우수한 용량과 출력이다. KIST 홍지현 박사는 “본 연구를 통해 KIST가 전기차 보급 확대의 기폭제가 될 망간 기반 고에너지 양극소재의 상용화의 새로운 방법론을 제시했다”라며 “학계와 산업계가 그간 많은 역량을 축적해온 니켈 기반 양극재의 계면 안정화 기술을 망간 기반 차세대 양극재에 적용하는데 집중한다면 미래 모빌리티 산업에서 우리 기업들이 한층 높은 경쟁력을 유지할 수 있을 것으로 기대한다”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 주요사업 및 한국연구재단 개인연구사업(우수신진연구, 중견연구)을 통해 수행되었으며 해당 연구 결과는 에너지 소재 분야의 세계적 권위지 ‘Advanced Energy Materials’ (IF:29.698, JCR 분야 상위 2.464%)의 전면 표지 논문으로 선정됐다. * (논문명) Regulating Dynamic Electrochemical Interface of LiNi0.5Mn1.5O4 Spinel Cathode for Realizing Simultaneous Mn and Ni Redox in Rechargeable Lithium Batteries - (제 1저자) 한국과학기술연구원 임국현 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 홍지현 선임연구원 [그림 설명] [그림 1] 전면 표지 논문 선정 이미지 [그림 2] 지난 3년간의 양극재 가격 변동 (좌), 타 양극재 대비 망간 기반 양극재의 성능 비교 (우). 네모 표시는 이번 성과로 연구한 망간 기반 양극재 [그림 3] 새롭게 규명한 망간 기반 스피넬 양극-전해질 계면의 부반응 메커니즘 [그림 4] 리튬이온전지 망간 양극재 수명 저하원인을 규명하고, 수명 개선 기술을 개발한 KIST 연구진. (좌) 임국현 학생연구원(제1저자), (우) 홍지현 박사

- 망간기반 양극재의 수명 저하 원인 규명..고가의 니켈 대체 기대 - 전극-전해질 계면 안정화 기술로 수명 62% 향상된 배터리 전략 제시 현재 전기자동차의 배터리에 들어가는 대부분의 양극소재는 전이금속 중 60% 이상이 니켈로 이루어진 층상구조 산화물이다. 니켈 층상구조 산화물의 경우 에너지밀도가 높아 전기차의 주행거리를 확보하는데 유리하지만, 니켈 원자재 수급의 불안정이라는 문제점이 있었다. 이에 대한 대안으로 연구자들은 국제 현물시장에서 니켈의 17분의 1정도 가격에 거래되고있는 망간을 주요 원소로 활용하는 스피넬 양극재에 주목했으나 급격한 수명저하 현상이 상용화의 걸림돌이었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 에너지소재연구센터 홍지현 박사 연구팀이 고용량 망간 기반 스피넬 양극 소재의 고질적 문제인 급격한 수명 저하 원인을 규명해 차세대 전기차 배터리로 망간 양극재 리튬배터리의 상용화 가능성을 크게 높였다고 밝혔다. 망간 기반 스피넬 양극재는 이론적으로 니켈 기반 상용 양극재 수준의 높은 밀도로 에너지를 저장할 수 있으며, 금속 원자재 가격을 고려하면 가격당 에너지밀도는 2.8배에 달한다. 그러나 전지의 전체 용량을 활용할 경우 급격한 수명 저하현상이 있었기 때문에 실질적으로는 이론값의 75%정도로만 에너지를 저장할 수 있었다. 그간 학계에서는 망간 기반 스피넬 양극재의 충·방전 과정에서 형성되는 3가 망간(Mn3+)이 소재 결정구조의 뒤틀림을 발생시켜 전해질로의 망간 용출을 야기하고, 이는 결국 양극재의 수명저하의 원인이라는 것이 정설로 여겨졌다. 이에 따라 대부분의 연구가 3가 망간의 형성을 억제하는 데 집중됐다. 주류학계의 이론과는 달리 KIST 홍지현 박사팀(제1저자: 임국현 학생연구원)은 전지의 구동전압 범위를 조절하면 3가 망간이 형성되더라도 양극재가 뛰어난 수명 특성을 보인다는 사실을 새롭게 밝혀냈다. 연구팀은 기존 이론으로 설명되지 않는 이와 같은 현상의 해석을 위해 방사광 가속기 기법 등 고도의 소재 분석 기술을 활용했다. 이를 통해 거듭되는 충·방전 과정에서 양극소재 및 전해질 사이 계면의 부반응이 수명을 저하시키는 원인이 되고 있음을 최초로 규명했다. 연구팀은 나아가 양극-전해질 계면 안정화를 통해 망간 기반 소재의 수명을 획기적으로 개선할 수 있는 핵심전략도 함께 제시했다. 이 같은 전략의 예시로 무(無)-에틸렌 카보네이트 전해질(EC-free electrolyte) 도입으로 상용 전해질 대비 62%의 수명 개선 사실을 증명했다. 이것은 현재까지 보고된 망간 기반 스피넬 양극 소재의 성능 가운데 가장 우수한 용량과 출력이다. KIST 홍지현 박사는 “본 연구를 통해 KIST가 전기차 보급 확대의 기폭제가 될 망간 기반 고에너지 양극소재의 상용화의 새로운 방법론을 제시했다”라며 “학계와 산업계가 그간 많은 역량을 축적해온 니켈 기반 양극재의 계면 안정화 기술을 망간 기반 차세대 양극재에 적용하는데 집중한다면 미래 모빌리티 산업에서 우리 기업들이 한층 높은 경쟁력을 유지할 수 있을 것으로 기대한다”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 주요사업 및 한국연구재단 개인연구사업(우수신진연구, 중견연구)을 통해 수행되었으며 해당 연구 결과는 에너지 소재 분야의 세계적 권위지 ‘Advanced Energy Materials’ (IF:29.698, JCR 분야 상위 2.464%)의 전면 표지 논문으로 선정됐다. * (논문명) Regulating Dynamic Electrochemical Interface of LiNi0.5Mn1.5O4 Spinel Cathode for Realizing Simultaneous Mn and Ni Redox in Rechargeable Lithium Batteries - (제 1저자) 한국과학기술연구원 임국현 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 홍지현 선임연구원 [그림 설명] [그림 1] 전면 표지 논문 선정 이미지 [그림 2] 지난 3년간의 양극재 가격 변동 (좌), 타 양극재 대비 망간 기반 양극재의 성능 비교 (우). 네모 표시는 이번 성과로 연구한 망간 기반 양극재 [그림 3] 새롭게 규명한 망간 기반 스피넬 양극-전해질 계면의 부반응 메커니즘 [그림 4] 리튬이온전지 망간 양극재 수명 저하원인을 규명하고, 수명 개선 기술을 개발한 KIST 연구진. (좌) 임국현 학생연구원(제1저자), (우) 홍지현 박사

“국가연구개발 우수성과 100선”사례집 발간 - KIST, 우수성과 4선 소개 - 과학기술부는 지난해 발간된 「’03-’05 국가연구개발 우수성과 100선」에 이은 두 번째의 성과사례집으로 국가연구개발사업을 통해 정부 출연연구소, 대학, 민간기업연구소 등에서 2006년도에 창출된 우수성과를 한 데 모아「국가연구개발 우수성과 100선」사례집을 발간하였다. 이번 사례집은 지난해 발간된 「’03-’05 국가연구개발 우수성과 100선」에 이은 두 번째의 성과사례집이다. 동 사례집에는 기초, 응용, 개발 등 연구개발 분야뿐만 아니라 인력양성, 국제협력, 시설.장비 구축 등 연구기반조성 분야까지 우수성과 범위를 확대 발굴하여, 국가연구개발사업 전 분야를 아우르는 우수성과 및 우수사례(bets practice)를 포함시킴으로써 성과사례집으로써의 완성도를 높였으며, 우수성과 100선중 우리원의 ‘신체 장애인용 웨어러블 단말 인터페이스 개술개발-하성도 박사’, ‘나노 복합소재기술 산업화 지원센터-박종구 박사’, ‘고성능 저온 동시 소성 유전체 소재시스템 기술-박재관 박사’, ‘시험.측정 요원 인력양성-노동석 박사’등 4건이 소개되었다. 과학기술부는 사례집의 우수성과를 창출한 연구자에게 국가연구개발과제 참여 시 우대하도록 해당 부처에 통보하였으며, 일반인이 본 우수성과 사례집을 쉽게 이용할 수 있도록 과학기술부 홈페이지(http://www.most.go.kr)에 전자책(e-book)으로 수록하였다. 앞으로도 과학기술부는 세계적으로 인정받은 논문, 특허, 상용화기술은 물론 국가연구개발사업을 통하여 창출된 성과유형별 우수사례(best practice)를 발굴하여 홍보함으로써 일반국민들이 함께 공유할 수 있도록 하고, 사례집에 수록된 성과의 후속 성과들도 파악하여 정보를 제공하는 등 국가연구개발 우수성과들을 지속적으로 관리해 나갈 계획이다. (우수성과사례집 보기: 첨부파일 클릭)

올해 서울의 벚꽃이 100년 만에 가장 빨리 피었다. 일본의 벚꽃 절정 시기도 1200년 만에 가장 빨랐다고 전해진다. 하지만 이를 반기기보다 우려하는 기사들이 더 많았다. 때 이른 봄꽃 소식에 마냥 즐거워할 수만 없었던 건 기후변화의 시간표가 점점 더 빨라지고 있음을 의미하고 있기 때문이다. 예년 같으면 봄이 한창이어야 할 4월이지만 이미 여름의 입구에 들어선 느낌이다. 지난해 여름에는 눅눅한 장마가 54일간 지속됐다. 그에 앞서서는 기록적인 폭염에 시달렸다. 또 어떤 역대급 기상이변이 찾아올지 벌써부터 걱정이 앞선다. 2021년은 파리협정에 따른 신기후체제의 원년이다. 2015년 프랑스 파리에서는 전 세계 197개국이 모인 가운데 유엔기후변화협약 당사국총회가 개최됐다. 기후변화를 막을 범지구적 공동행동을 논의하는 자리였지만 자국의 산업 위축에 대한 불만으로 의견은 좀처럼 모아지지 않았다. 난항이 거듭되던 회의는 "우리가 차선책으로 택할 행성은 없다(There is no Plan B, because we do not have a Planet B)"는 유엔사무총장의 강한 압박에 마침내 극적으로 최종 합의문 채택에 이른다. 지구의 평균기온 상승을 1.5℃ 이하로 제한하기 위해 노력한다는 파리협정이 탄생한 것이다. 이 목표는 곧 다시 상향 조정됐다. 기후변화의 양상이 당초 예상보다 훨씬 더 빠르고 심각했기 때문이다. 이에 따라 2050년까지 이산화탄소를 배출한 만큼 흡수해야 하는 탄소중립(net-zero)의 의무가 부과됐다. 하지만 강도 높은 국제사회의 결의에도 불구하고 현실은 좀처럼 나아지지 않고 있다. 유엔환경계획(UNEP)은 전 세계 온실가스 배출량이 2019년 다시 역대 최대치를 기록했다고 밝혔다. 비록 지난해 에너지분야에서 이산화탄소(CO2) 배출량이 전년 대비 20억톤(t) 가량 감소한 것으로 나타났지만, 코로나19 영향으로 교통과 생산활동이 위축돼 나타난 일시적 현상일 수 있다. 부끄럽게도 우리나라 역시 이런 상황 악화에 일조하고 있다. 한국의 이산화탄소 배출량은 전 세계 7위, OECD 회원국 중에는 네 번째로 높다. 특히 국가별 기후변화 대응 성적을 나타내는 '2020 기후변화대응지수'에서는 이산화탄소 배출량 증가율 1위를 기록해 '기후악당'이란 전 세계적 비판에 직면하게 됐다. 국가 이미지가 추락하면 우리의 생명줄인 수출도 타격을 받는다. 한국의 최대 수출시장인 EU와 미국은 수입품을 대상으로 탄소를 얼마나 배출했는지 따져 비용을 부과하는 탄소국경조정제도 도입을 추진하고 있다. 사실상의 추가 관세다. 기후악당의 오명을 벗는 일은 국가적 위신과 경제적 유불리에만 국한된 문제가 아니다. 다음 세대의 미래를 위해서도 결코 포기할 수 없는 문제다. 기후변화에 큰 책임이 없는 후손들이 죄과를 대신 치르며 자연재해가 일상이 된 끔찍한 환경에서 살아가도록 내버려둬서는 안 된다. 때마침 찾아온 지구의 날(매년 4월 22일, 환경부는 올해의 경우 4월 22일부터 28일까지 일주간을 기후변화주간으로 정하고 다양한 행사를 벌일 예정이다. 올해 행사 주제는 '지구를 되살리자')을 기해 기후악당의 오명을 벗으려 절치부심하고 있을 정책입안자들에게 몇 가지 고언을 더하고 싶다. 첫째, 온실가스 감축 목표를 지금보다 더 높여 보다 진정성 있는 탄소중립 의지를 국제사회에 보여줘야 한다. 둘째, 구체적 로드맵 없는 2050 탄소중립 선언은 한낮 말에 그칠 수밖에 없다. 지금 필요한 것은 치밀하고 실제적인 중·단기 이산화탄소 감축 전략이다. 지금이라도 과학기술에 입각한 아이디어들을 총동원해 정책의 실효성을 재검토해야 한다. 끝으로 2050년 탄소중립 실현까지 관련 정책의 지속가능성이 담보되기 위해서는 부처 간 협력이 더없이 중요하다. 특히 경제활동을 촉진하고 규제하는 각종 정책들이 국가의 장기 목표에 부합되도록 정교하게 설계해야 한다. 남은 시간이 많지 않다. 더이상 공허한 정치적 수사에 그치는 달콤한 약속이 아니라 지속 가능한 지구를 위한 결단이 필요한 때다. 출처: 디지털타임스 (http://www.dt.co.kr/contents.html?article_no=2021042102102369660001)

'나노코리아 2006 '이 일산 한국국제전시장(KINTEX)에서 개최되었다.'우리의 꿈을 실현하는 나노기술'이라는 주제로 9월1일까지 계속되며 이 전시회에는 국내 나노 분야 전문 업체를 비롯하여 영국·일본·독일·미국·대만·스위스등 112개 기관이 참가했다.개막식에는 금동화 원장, 임인배 위원장(국회과학기술정보통신위원장), 홍석우 본부장(산업자원부),한민구 회장(나노기술연구협의회), 윤교원 원장( 한국산업기술평가원) 등 17명의과학기술계 인사가 개막식에 참석하였다.

'나노코리아 2006'에 참가한 KIST 전경부스 KIST는 고기능성 나노 표면개질 기술 (한승희 박사), 절대 보안 통신 양자암호 시스템 (문성욱 박사),투명 컬러 염로 감응 태양전지 (박남규 박사),반도체 나노선 합성 및 변조 기술 개발 (박재관 박사) 등 14가지 나노기술 연구성과를 전시하였다.