- 소수성 제어를 통해 전해질 범람 방지하는 은 나노 촉매 개발 - 전기화학 CO2 전환 기술의 실증 및 상용화를 위한 촉매 전략 제시 2050년 탄소중립 목표를 달성하기 위해 CCUS(Carbon Capture, Utilization, and Storage) 기술이 중요한 역할을 맡고 있다. 화력발전소, 정유·석유화학 공장 등에서 발생하는 CO2를 유용한 화합물로 전환하는 전기화학적 CCUS 기술의 필수 매개체인 전해질은 반응 속도와 효율성에 영향을 주는 핵심 요소이다. 그러나 이산화탄소 전해 장치의 환원 전극에서 전해질이 과도하게 흐르는 전해질 범람(electrolyte flooding) 현상은 CO2가 전극 촉매층에 전달되는 것을 방해해 CCUS 기술의 상용화에 걸림돌이 되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 청정에너지연구센터 오형석·이웅희 박사팀은 KIST 반도체기술연구단 황규원 박사팀, LG화학 노태근 박사 연구팀과 공동연구를 통해 이산화탄소 포집 장치의 전해질 범람을 억제할 수 있는 소수성 지질 유기물이 표면에 결합된 은 나노 촉매를 개발했다고 밝혔다. 은 촉매는 CO2를 플라스틱 등 석유화학제품의 원료인 일산화탄소로 전환하는 데 탁월한 성능을 보여 가장 활발히 연구되고 있다. 연구팀은 전해질 범람 문제를 해결하기 위해 은 나노입자 표면에 지질 유기물을 결합해 물 분자와 쉽게 결합하지 않는 소수성을 지니면서 주변 반응 환경을 제어할 수 있는 새로운 은 촉매를 개발했다. 합성된 은 나노입자는 약 7나노미터(nm·10억분의 1m) 크기의 정이십면체 구조를 가지며 입자 표면에 소수성 지질 유기물이 균일하게 결합해 있다. 또한, 기존 단위 면적당 1mg의 촉매량보다 적은 0.3mg으로도 높은 CO2 전환 활성을 보였다. 연구팀이 개발한 은 촉매는 균일한 소수성을 지니고 있어 전극 표면에 물이 과도하게 축적되는 것을 방지해 전해질 범람을 억제함으로써 과전압 조건에서도 CO2 전환 성능을 유지하고 내구성을 높일 수 있다. 연구팀은 CT 촬영을 통해 전압이 높아지는 조건에서도 전해질의 범람이 줄어드는 것을 관찰했다. 또한, 실제 3.4V의 전압 조건에서 기존 촉매는 약 81.5%의 일산화탄소에 대한 선택도와 12시간의 성능 유지를 보였지만, 새롭게 합성된 촉매는 약 95.5%의 선택도와 50시간 이상의 성능을 유지했다. 이번에 개발된 촉매를 활용할 경우, 적은 촉매량으로 장기간 전기화학적 CO2 전환이 가능하다는 점에서 촉매 비용을 절감하고 교체 주기를 늘려 CCUS를 통한 일산화탄소의 생산비용이 낮아질 것으로 기대된다. 공동연구팀은 석유화학 공정 등 대규모 생산시설에 적용할 수 있도록 전기화학적 CO2 전환 실증 시스템 적용 연구를 수행할 예정이다. KIST 오형석 책임연구원은 “전기화학 시스템에서 내적, 외적 요인을 모두 고려한 촉매 합성 전략을 제시했다는 점에서 의미가 있다”라며 “LG화학과 함께 진행된 이 연구 성과는 향후 전기화학적 CO2 전환 기술의 실증 및 상용화를 앞당길 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 Carbon to X 사업(2020M3H7A1098229), 창의형 융합연구사업(CAP21011-100)으로 수행됐다. 이번 연구 결과는 국제학술지 「Nature Communications」 (IF: 14.7, JCR 분야: 5.6%)에 게재됐다. * 논문명 : Extrinsic hydrophobicity-controlled silver nanoparticles as efficient and stable catalyst for CO2 electrolysis [그림 1] 소수성 지질 유기물이 표면에 결합된 정이십면체 구조의 은 촉매 모식도 [그림 2] 상용 은 촉매와 합성된 은 촉매의 범람 정도 비교 모식도 [그림3] 전해질 범람을 막아 전기화학적 CO2 전환 성능을 높이는 소수성 은촉매를 개발한 KIST 연구팀

- 소수성 제어를 통해 전해질 범람 방지하는 은 나노 촉매 개발 - 전기화학 CO2 전환 기술의 실증 및 상용화를 위한 촉매 전략 제시 2050년 탄소중립 목표를 달성하기 위해 CCUS(Carbon Capture, Utilization, and Storage) 기술이 중요한 역할을 맡고 있다. 화력발전소, 정유·석유화학 공장 등에서 발생하는 CO2를 유용한 화합물로 전환하는 전기화학적 CCUS 기술의 필수 매개체인 전해질은 반응 속도와 효율성에 영향을 주는 핵심 요소이다. 그러나 이산화탄소 전해 장치의 환원 전극에서 전해질이 과도하게 흐르는 전해질 범람(electrolyte flooding) 현상은 CO2가 전극 촉매층에 전달되는 것을 방해해 CCUS 기술의 상용화에 걸림돌이 되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 청정에너지연구센터 오형석·이웅희 박사팀은 KIST 반도체기술연구단 황규원 박사팀, LG화학 노태근 박사 연구팀과 공동연구를 통해 이산화탄소 포집 장치의 전해질 범람을 억제할 수 있는 소수성 지질 유기물이 표면에 결합된 은 나노 촉매를 개발했다고 밝혔다. 은 촉매는 CO2를 플라스틱 등 석유화학제품의 원료인 일산화탄소로 전환하는 데 탁월한 성능을 보여 가장 활발히 연구되고 있다. 연구팀은 전해질 범람 문제를 해결하기 위해 은 나노입자 표면에 지질 유기물을 결합해 물 분자와 쉽게 결합하지 않는 소수성을 지니면서 주변 반응 환경을 제어할 수 있는 새로운 은 촉매를 개발했다. 합성된 은 나노입자는 약 7나노미터(nm·10억분의 1m) 크기의 정이십면체 구조를 가지며 입자 표면에 소수성 지질 유기물이 균일하게 결합해 있다. 또한, 기존 단위 면적당 1mg의 촉매량보다 적은 0.3mg으로도 높은 CO2 전환 활성을 보였다. 연구팀이 개발한 은 촉매는 균일한 소수성을 지니고 있어 전극 표면에 물이 과도하게 축적되는 것을 방지해 전해질 범람을 억제함으로써 과전압 조건에서도 CO2 전환 성능을 유지하고 내구성을 높일 수 있다. 연구팀은 CT 촬영을 통해 전압이 높아지는 조건에서도 전해질의 범람이 줄어드는 것을 관찰했다. 또한, 실제 3.4V의 전압 조건에서 기존 촉매는 약 81.5%의 일산화탄소에 대한 선택도와 12시간의 성능 유지를 보였지만, 새롭게 합성된 촉매는 약 95.5%의 선택도와 50시간 이상의 성능을 유지했다. 이번에 개발된 촉매를 활용할 경우, 적은 촉매량으로 장기간 전기화학적 CO2 전환이 가능하다는 점에서 촉매 비용을 절감하고 교체 주기를 늘려 CCUS를 통한 일산화탄소의 생산비용이 낮아질 것으로 기대된다. 공동연구팀은 석유화학 공정 등 대규모 생산시설에 적용할 수 있도록 전기화학적 CO2 전환 실증 시스템 적용 연구를 수행할 예정이다. KIST 오형석 책임연구원은 “전기화학 시스템에서 내적, 외적 요인을 모두 고려한 촉매 합성 전략을 제시했다는 점에서 의미가 있다”라며 “LG화학과 함께 진행된 이 연구 성과는 향후 전기화학적 CO2 전환 기술의 실증 및 상용화를 앞당길 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 Carbon to X 사업(2020M3H7A1098229), 창의형 융합연구사업(CAP21011-100)으로 수행됐다. 이번 연구 결과는 국제학술지 「Nature Communications」 (IF: 14.7, JCR 분야: 5.6%)에 게재됐다. * 논문명 : Extrinsic hydrophobicity-controlled silver nanoparticles as efficient and stable catalyst for CO2 electrolysis [그림 1] 소수성 지질 유기물이 표면에 결합된 정이십면체 구조의 은 촉매 모식도 [그림 2] 상용 은 촉매와 합성된 은 촉매의 범람 정도 비교 모식도 [그림3] 전해질 범람을 막아 전기화학적 CO2 전환 성능을 높이는 소수성 은촉매를 개발한 KIST 연구팀

- 계산과학 기반 고전압 안정형 고체 전해질 소재 설계 원리 제시 - 화재 위험성 없는 고에너지밀도 차세대 리튬 전고체 전지 상용화 기대 리튬이온전지에 일반적으로 사용되고 있으나 화재나 폭발 등에 취약한 액체 전해질의 대안으로 비가연성의 고체 전해질에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이온전도성이 뛰어난 황화물계 고체 전해질이 대표적인데, 고에너지밀도 전지에 필요한 고전압 양극 소재와의 화학적 불안정성이 상용화를 가로막고 있다. 이에 따라 최근에는 결합력이 강해 고전압 환경에서도 안정적인 염화물계 고체 전해질에 관한 관심이 높아지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 에너지저장연구센터 류승호 박사와 계산과학센터 한상수 박사, Lawrence Livermore National Laboratory(이하, LLNL) Brandon Wood 박사 공동연구팀이 계산과학을 통해 불소(F)가 치환된 고전압 안정형 염화물계 고체 전해질을 개발했다고 밝혔다. LLNL은 미국 국가핵안전관리처 산하의 대표적인 국가연구소로 우수한 슈퍼컴퓨팅 시설을 보유하고 있으며, KIST와 LLNL은 2019년부터 이차전지 분야에서 공동연구를 수행 중이다. 연구팀은 염화물계 고체 전해질(Li3MCl6)의 고전압 안정성 높이기 위해 화학적 결합력이 강한 불소(F)가 치환된 염화물계 고체전해질(Li3MCl5F)의 최적 조성 및 설계 원리를 제시했다. KIST에서 수립한 염화물계 고체 전해질의 고전압 안정성 향상 전략에 대해 LLNL에서는 슈퍼컴퓨터로 결과를 계산하고 이를 다시 KIST에서 실험을 통해 검증했다. 공동연구팀은 우선 계산과학을 활용해 성공 가능성이 높은 소재 설계 방법을 찾고, 이를 실험실에서 추가 검증함으로써 시간과 비용을 절약하는 전략을 채택했다. 연구팀에서 제시한 설계 원리로 합성된 염화물계 고체 전해질을 전고체 전지에 적용해 고전압 환경에서 전기화학적 안정성을 평가한 결과, 액체 전해질이 적용된 상용 리튬이온전지와 유사한 4V 이상의 고전압 안정성을 보였다. 이에 따라 불소(F)가 치환된 염화물계 고체 전해질은 고전압에서 불안정한 황화물계 고체 전해질을 대체해 전고체 전지의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다. 공동연구팀은 전고체 전지의 상용화를 앞당기기 위해 소재의 합성 공정, 전극·전지 제조 공정 최적화에 필요한 후속 연구를 수행할 예정이다. 한-미 공동연구를 통해 상용화에 성공할 경우, ESS, 전기차 등 이차전지의 최대 수요국 중 하나인 미국에서 전고체 전지의 핵심 요소인 고체 전해질 시장을 선점할 수 있다. KIST 류승호 박사는 “이번 연구 성과는 불소가 치환된 고전압 안정형 염화물계 고체 전해질에 대한 새로운 설계 원리를 제시한 것으로 화재 위험성이 없는 고에너지밀도 차세대 리튬 전고체 전지의 상용화가 앞당겨질 것”이라고 말했다. LLNL Brandon Wood 박사는 “새로운 고체 전해질 개발을 위해 계산과학 기반의 설계 원리를 제시하고, 이를 실험으로 검증한 체계적인 국제협력 연구였다”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST의 주요사업과 기후변화대응기술개발사업(2022M3J1A1054151), 산업통상자원부(장관 안덕근)의 리튬 기반 차세대이차전지 성능 고도화 및 제조기술개발사업(20012318), 자동차산업핵심기술개발사업(20007045)을 통해 수행됐다. 이번 연구 성과는 에너지 소재 분야의 국제학술지인 ‘ACS Energy Letters’ (IF 22.0, JCR 분야 상위 3.6%) 최신 호에 게재됐다. * 논문명: Fluorine-Substituted Lithium Chloride Solid Electrolytes for High-Voltage All-Solid-State Lithium-Ion Batteries [그림 1] 고전압 안정형 고체전해질 설계 전략 염화물계 고체전해질은 기존 황화물계 고체전해질의 전기화학적 안정성 범위를 크게 넓히며, 불소 치환을 통해 5V 이상의 고전압 안정성을 가질 수 있다. [그림 2] KIST-LLNL간 국제협력 연구 개요 KIST는 미국 LLNL국립연구소와 함께 2019년부터 차세대 이차전지에 대해 국제공동연구를 수행 중에 있으며, 정기적인 공동워크숍을 개최하여 전고체전지 국제공동연구를 진행 중에 있다. 2022년 8월에는 상호 연구협력을 위해 KIST-LLNL 간 MOU를 체결하였다.

- 계산과학 기반 고전압 안정형 고체 전해질 소재 설계 원리 제시 - 화재 위험성 없는 고에너지밀도 차세대 리튬 전고체 전지 상용화 기대 리튬이온전지에 일반적으로 사용되고 있으나 화재나 폭발 등에 취약한 액체 전해질의 대안으로 비가연성의 고체 전해질에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이온전도성이 뛰어난 황화물계 고체 전해질이 대표적인데, 고에너지밀도 전지에 필요한 고전압 양극 소재와의 화학적 불안정성이 상용화를 가로막고 있다. 이에 따라 최근에는 결합력이 강해 고전압 환경에서도 안정적인 염화물계 고체 전해질에 관한 관심이 높아지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 에너지저장연구센터 류승호 박사와 계산과학센터 한상수 박사, Lawrence Livermore National Laboratory(이하, LLNL) Brandon Wood 박사 공동연구팀이 계산과학을 통해 불소(F)가 치환된 고전압 안정형 염화물계 고체 전해질을 개발했다고 밝혔다. LLNL은 미국 국가핵안전관리처 산하의 대표적인 국가연구소로 우수한 슈퍼컴퓨팅 시설을 보유하고 있으며, KIST와 LLNL은 2019년부터 이차전지 분야에서 공동연구를 수행 중이다. 연구팀은 염화물계 고체 전해질(Li3MCl6)의 고전압 안정성 높이기 위해 화학적 결합력이 강한 불소(F)가 치환된 염화물계 고체전해질(Li3MCl5F)의 최적 조성 및 설계 원리를 제시했다. KIST에서 수립한 염화물계 고체 전해질의 고전압 안정성 향상 전략에 대해 LLNL에서는 슈퍼컴퓨터로 결과를 계산하고 이를 다시 KIST에서 실험을 통해 검증했다. 공동연구팀은 우선 계산과학을 활용해 성공 가능성이 높은 소재 설계 방법을 찾고, 이를 실험실에서 추가 검증함으로써 시간과 비용을 절약하는 전략을 채택했다. 연구팀에서 제시한 설계 원리로 합성된 염화물계 고체 전해질을 전고체 전지에 적용해 고전압 환경에서 전기화학적 안정성을 평가한 결과, 액체 전해질이 적용된 상용 리튬이온전지와 유사한 4V 이상의 고전압 안정성을 보였다. 이에 따라 불소(F)가 치환된 염화물계 고체 전해질은 고전압에서 불안정한 황화물계 고체 전해질을 대체해 전고체 전지의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다. 공동연구팀은 전고체 전지의 상용화를 앞당기기 위해 소재의 합성 공정, 전극·전지 제조 공정 최적화에 필요한 후속 연구를 수행할 예정이다. 한-미 공동연구를 통해 상용화에 성공할 경우, ESS, 전기차 등 이차전지의 최대 수요국 중 하나인 미국에서 전고체 전지의 핵심 요소인 고체 전해질 시장을 선점할 수 있다. KIST 류승호 박사는 “이번 연구 성과는 불소가 치환된 고전압 안정형 염화물계 고체 전해질에 대한 새로운 설계 원리를 제시한 것으로 화재 위험성이 없는 고에너지밀도 차세대 리튬 전고체 전지의 상용화가 앞당겨질 것”이라고 말했다. LLNL Brandon Wood 박사는 “새로운 고체 전해질 개발을 위해 계산과학 기반의 설계 원리를 제시하고, 이를 실험으로 검증한 체계적인 국제협력 연구였다”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST의 주요사업과 기후변화대응기술개발사업(2022M3J1A1054151), 산업통상자원부(장관 안덕근)의 리튬 기반 차세대이차전지 성능 고도화 및 제조기술개발사업(20012318), 자동차산업핵심기술개발사업(20007045)을 통해 수행됐다. 이번 연구 성과는 에너지 소재 분야의 국제학술지인 ‘ACS Energy Letters’ (IF 22.0, JCR 분야 상위 3.6%) 최신 호에 게재됐다. * 논문명: Fluorine-Substituted Lithium Chloride Solid Electrolytes for High-Voltage All-Solid-State Lithium-Ion Batteries [그림 1] 고전압 안정형 고체전해질 설계 전략 염화물계 고체전해질은 기존 황화물계 고체전해질의 전기화학적 안정성 범위를 크게 넓히며, 불소 치환을 통해 5V 이상의 고전압 안정성을 가질 수 있다. [그림 2] KIST-LLNL간 국제협력 연구 개요 KIST는 미국 LLNL국립연구소와 함께 2019년부터 차세대 이차전지에 대해 국제공동연구를 수행 중에 있으며, 정기적인 공동워크숍을 개최하여 전고체전지 국제공동연구를 진행 중에 있다. 2022년 8월에는 상호 연구협력을 위해 KIST-LLNL 간 MOU를 체결하였다.

- 계산과학 기반 고전압 안정형 고체 전해질 소재 설계 원리 제시 - 화재 위험성 없는 고에너지밀도 차세대 리튬 전고체 전지 상용화 기대 리튬이온전지에 일반적으로 사용되고 있으나 화재나 폭발 등에 취약한 액체 전해질의 대안으로 비가연성의 고체 전해질에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이온전도성이 뛰어난 황화물계 고체 전해질이 대표적인데, 고에너지밀도 전지에 필요한 고전압 양극 소재와의 화학적 불안정성이 상용화를 가로막고 있다. 이에 따라 최근에는 결합력이 강해 고전압 환경에서도 안정적인 염화물계 고체 전해질에 관한 관심이 높아지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 에너지저장연구센터 류승호 박사와 계산과학센터 한상수 박사, Lawrence Livermore National Laboratory(이하, LLNL) Brandon Wood 박사 공동연구팀이 계산과학을 통해 불소(F)가 치환된 고전압 안정형 염화물계 고체 전해질을 개발했다고 밝혔다. LLNL은 미국 국가핵안전관리처 산하의 대표적인 국가연구소로 우수한 슈퍼컴퓨팅 시설을 보유하고 있으며, KIST와 LLNL은 2019년부터 이차전지 분야에서 공동연구를 수행 중이다. 연구팀은 염화물계 고체 전해질(Li3MCl6)의 고전압 안정성 높이기 위해 화학적 결합력이 강한 불소(F)가 치환된 염화물계 고체전해질(Li3MCl5F)의 최적 조성 및 설계 원리를 제시했다. KIST에서 수립한 염화물계 고체 전해질의 고전압 안정성 향상 전략에 대해 LLNL에서는 슈퍼컴퓨터로 결과를 계산하고 이를 다시 KIST에서 실험을 통해 검증했다. 공동연구팀은 우선 계산과학을 활용해 성공 가능성이 높은 소재 설계 방법을 찾고, 이를 실험실에서 추가 검증함으로써 시간과 비용을 절약하는 전략을 채택했다. 연구팀에서 제시한 설계 원리로 합성된 염화물계 고체 전해질을 전고체 전지에 적용해 고전압 환경에서 전기화학적 안정성을 평가한 결과, 액체 전해질이 적용된 상용 리튬이온전지와 유사한 4V 이상의 고전압 안정성을 보였다. 이에 따라 불소(F)가 치환된 염화물계 고체 전해질은 고전압에서 불안정한 황화물계 고체 전해질을 대체해 전고체 전지의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다. 공동연구팀은 전고체 전지의 상용화를 앞당기기 위해 소재의 합성 공정, 전극·전지 제조 공정 최적화에 필요한 후속 연구를 수행할 예정이다. 한-미 공동연구를 통해 상용화에 성공할 경우, ESS, 전기차 등 이차전지의 최대 수요국 중 하나인 미국에서 전고체 전지의 핵심 요소인 고체 전해질 시장을 선점할 수 있다. KIST 류승호 박사는 “이번 연구 성과는 불소가 치환된 고전압 안정형 염화물계 고체 전해질에 대한 새로운 설계 원리를 제시한 것으로 화재 위험성이 없는 고에너지밀도 차세대 리튬 전고체 전지의 상용화가 앞당겨질 것”이라고 말했다. LLNL Brandon Wood 박사는 “새로운 고체 전해질 개발을 위해 계산과학 기반의 설계 원리를 제시하고, 이를 실험으로 검증한 체계적인 국제협력 연구였다”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST의 주요사업과 기후변화대응기술개발사업(2022M3J1A1054151), 산업통상자원부(장관 안덕근)의 리튬 기반 차세대이차전지 성능 고도화 및 제조기술개발사업(20012318), 자동차산업핵심기술개발사업(20007045)을 통해 수행됐다. 이번 연구 성과는 에너지 소재 분야의 국제학술지인 ‘ACS Energy Letters’ (IF 22.0, JCR 분야 상위 3.6%) 최신 호에 게재됐다. * 논문명: Fluorine-Substituted Lithium Chloride Solid Electrolytes for High-Voltage All-Solid-State Lithium-Ion Batteries [그림 1] 고전압 안정형 고체전해질 설계 전략 염화물계 고체전해질은 기존 황화물계 고체전해질의 전기화학적 안정성 범위를 크게 넓히며, 불소 치환을 통해 5V 이상의 고전압 안정성을 가질 수 있다. [그림 2] KIST-LLNL간 국제협력 연구 개요 KIST는 미국 LLNL국립연구소와 함께 2019년부터 차세대 이차전지에 대해 국제공동연구를 수행 중에 있으며, 정기적인 공동워크숍을 개최하여 전고체전지 국제공동연구를 진행 중에 있다. 2022년 8월에는 상호 연구협력을 위해 KIST-LLNL 간 MOU를 체결하였다.

- 계산과학 기반 고전압 안정형 고체 전해질 소재 설계 원리 제시 - 화재 위험성 없는 고에너지밀도 차세대 리튬 전고체 전지 상용화 기대 리튬이온전지에 일반적으로 사용되고 있으나 화재나 폭발 등에 취약한 액체 전해질의 대안으로 비가연성의 고체 전해질에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이온전도성이 뛰어난 황화물계 고체 전해질이 대표적인데, 고에너지밀도 전지에 필요한 고전압 양극 소재와의 화학적 불안정성이 상용화를 가로막고 있다. 이에 따라 최근에는 결합력이 강해 고전압 환경에서도 안정적인 염화물계 고체 전해질에 관한 관심이 높아지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 에너지저장연구센터 류승호 박사와 계산과학센터 한상수 박사, Lawrence Livermore National Laboratory(이하, LLNL) Brandon Wood 박사 공동연구팀이 계산과학을 통해 불소(F)가 치환된 고전압 안정형 염화물계 고체 전해질을 개발했다고 밝혔다. LLNL은 미국 국가핵안전관리처 산하의 대표적인 국가연구소로 우수한 슈퍼컴퓨팅 시설을 보유하고 있으며, KIST와 LLNL은 2019년부터 이차전지 분야에서 공동연구를 수행 중이다. 연구팀은 염화물계 고체 전해질(Li3MCl6)의 고전압 안정성 높이기 위해 화학적 결합력이 강한 불소(F)가 치환된 염화물계 고체전해질(Li3MCl5F)의 최적 조성 및 설계 원리를 제시했다. KIST에서 수립한 염화물계 고체 전해질의 고전압 안정성 향상 전략에 대해 LLNL에서는 슈퍼컴퓨터로 결과를 계산하고 이를 다시 KIST에서 실험을 통해 검증했다. 공동연구팀은 우선 계산과학을 활용해 성공 가능성이 높은 소재 설계 방법을 찾고, 이를 실험실에서 추가 검증함으로써 시간과 비용을 절약하는 전략을 채택했다. 연구팀에서 제시한 설계 원리로 합성된 염화물계 고체 전해질을 전고체 전지에 적용해 고전압 환경에서 전기화학적 안정성을 평가한 결과, 액체 전해질이 적용된 상용 리튬이온전지와 유사한 4V 이상의 고전압 안정성을 보였다. 이에 따라 불소(F)가 치환된 염화물계 고체 전해질은 고전압에서 불안정한 황화물계 고체 전해질을 대체해 전고체 전지의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다. 공동연구팀은 전고체 전지의 상용화를 앞당기기 위해 소재의 합성 공정, 전극·전지 제조 공정 최적화에 필요한 후속 연구를 수행할 예정이다. 한-미 공동연구를 통해 상용화에 성공할 경우, ESS, 전기차 등 이차전지의 최대 수요국 중 하나인 미국에서 전고체 전지의 핵심 요소인 고체 전해질 시장을 선점할 수 있다. KIST 류승호 박사는 “이번 연구 성과는 불소가 치환된 고전압 안정형 염화물계 고체 전해질에 대한 새로운 설계 원리를 제시한 것으로 화재 위험성이 없는 고에너지밀도 차세대 리튬 전고체 전지의 상용화가 앞당겨질 것”이라고 말했다. LLNL Brandon Wood 박사는 “새로운 고체 전해질 개발을 위해 계산과학 기반의 설계 원리를 제시하고, 이를 실험으로 검증한 체계적인 국제협력 연구였다”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST의 주요사업과 기후변화대응기술개발사업(2022M3J1A1054151), 산업통상자원부(장관 안덕근)의 리튬 기반 차세대이차전지 성능 고도화 및 제조기술개발사업(20012318), 자동차산업핵심기술개발사업(20007045)을 통해 수행됐다. 이번 연구 성과는 에너지 소재 분야의 국제학술지인 ‘ACS Energy Letters’ (IF 22.0, JCR 분야 상위 3.6%) 최신 호에 게재됐다. * 논문명: Fluorine-Substituted Lithium Chloride Solid Electrolytes for High-Voltage All-Solid-State Lithium-Ion Batteries [그림 1] 고전압 안정형 고체전해질 설계 전략 염화물계 고체전해질은 기존 황화물계 고체전해질의 전기화학적 안정성 범위를 크게 넓히며, 불소 치환을 통해 5V 이상의 고전압 안정성을 가질 수 있다. [그림 2] KIST-LLNL간 국제협력 연구 개요 KIST는 미국 LLNL국립연구소와 함께 2019년부터 차세대 이차전지에 대해 국제공동연구를 수행 중에 있으며, 정기적인 공동워크숍을 개최하여 전고체전지 국제공동연구를 진행 중에 있다. 2022년 8월에는 상호 연구협력을 위해 KIST-LLNL 간 MOU를 체결하였다.

- 계산과학 기반 고전압 안정형 고체 전해질 소재 설계 원리 제시 - 화재 위험성 없는 고에너지밀도 차세대 리튬 전고체 전지 상용화 기대 리튬이온전지에 일반적으로 사용되고 있으나 화재나 폭발 등에 취약한 액체 전해질의 대안으로 비가연성의 고체 전해질에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이온전도성이 뛰어난 황화물계 고체 전해질이 대표적인데, 고에너지밀도 전지에 필요한 고전압 양극 소재와의 화학적 불안정성이 상용화를 가로막고 있다. 이에 따라 최근에는 결합력이 강해 고전압 환경에서도 안정적인 염화물계 고체 전해질에 관한 관심이 높아지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 에너지저장연구센터 류승호 박사와 계산과학센터 한상수 박사, Lawrence Livermore National Laboratory(이하, LLNL) Brandon Wood 박사 공동연구팀이 계산과학을 통해 불소(F)가 치환된 고전압 안정형 염화물계 고체 전해질을 개발했다고 밝혔다. LLNL은 미국 국가핵안전관리처 산하의 대표적인 국가연구소로 우수한 슈퍼컴퓨팅 시설을 보유하고 있으며, KIST와 LLNL은 2019년부터 이차전지 분야에서 공동연구를 수행 중이다. 연구팀은 염화물계 고체 전해질(Li3MCl6)의 고전압 안정성 높이기 위해 화학적 결합력이 강한 불소(F)가 치환된 염화물계 고체전해질(Li3MCl5F)의 최적 조성 및 설계 원리를 제시했다. KIST에서 수립한 염화물계 고체 전해질의 고전압 안정성 향상 전략에 대해 LLNL에서는 슈퍼컴퓨터로 결과를 계산하고 이를 다시 KIST에서 실험을 통해 검증했다. 공동연구팀은 우선 계산과학을 활용해 성공 가능성이 높은 소재 설계 방법을 찾고, 이를 실험실에서 추가 검증함으로써 시간과 비용을 절약하는 전략을 채택했다. 연구팀에서 제시한 설계 원리로 합성된 염화물계 고체 전해질을 전고체 전지에 적용해 고전압 환경에서 전기화학적 안정성을 평가한 결과, 액체 전해질이 적용된 상용 리튬이온전지와 유사한 4V 이상의 고전압 안정성을 보였다. 이에 따라 불소(F)가 치환된 염화물계 고체 전해질은 고전압에서 불안정한 황화물계 고체 전해질을 대체해 전고체 전지의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다. 공동연구팀은 전고체 전지의 상용화를 앞당기기 위해 소재의 합성 공정, 전극·전지 제조 공정 최적화에 필요한 후속 연구를 수행할 예정이다. 한-미 공동연구를 통해 상용화에 성공할 경우, ESS, 전기차 등 이차전지의 최대 수요국 중 하나인 미국에서 전고체 전지의 핵심 요소인 고체 전해질 시장을 선점할 수 있다. KIST 류승호 박사는 “이번 연구 성과는 불소가 치환된 고전압 안정형 염화물계 고체 전해질에 대한 새로운 설계 원리를 제시한 것으로 화재 위험성이 없는 고에너지밀도 차세대 리튬 전고체 전지의 상용화가 앞당겨질 것”이라고 말했다. LLNL Brandon Wood 박사는 “새로운 고체 전해질 개발을 위해 계산과학 기반의 설계 원리를 제시하고, 이를 실험으로 검증한 체계적인 국제협력 연구였다”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST의 주요사업과 기후변화대응기술개발사업(2022M3J1A1054151), 산업통상자원부(장관 안덕근)의 리튬 기반 차세대이차전지 성능 고도화 및 제조기술개발사업(20012318), 자동차산업핵심기술개발사업(20007045)을 통해 수행됐다. 이번 연구 성과는 에너지 소재 분야의 국제학술지인 ‘ACS Energy Letters’ (IF 22.0, JCR 분야 상위 3.6%) 최신 호에 게재됐다. * 논문명: Fluorine-Substituted Lithium Chloride Solid Electrolytes for High-Voltage All-Solid-State Lithium-Ion Batteries [그림 1] 고전압 안정형 고체전해질 설계 전략 염화물계 고체전해질은 기존 황화물계 고체전해질의 전기화학적 안정성 범위를 크게 넓히며, 불소 치환을 통해 5V 이상의 고전압 안정성을 가질 수 있다. [그림 2] KIST-LLNL간 국제협력 연구 개요 KIST는 미국 LLNL국립연구소와 함께 2019년부터 차세대 이차전지에 대해 국제공동연구를 수행 중에 있으며, 정기적인 공동워크숍을 개최하여 전고체전지 국제공동연구를 진행 중에 있다. 2022년 8월에는 상호 연구협력을 위해 KIST-LLNL 간 MOU를 체결하였다.

- 계산과학 기반 고전압 안정형 고체 전해질 소재 설계 원리 제시 - 화재 위험성 없는 고에너지밀도 차세대 리튬 전고체 전지 상용화 기대 리튬이온전지에 일반적으로 사용되고 있으나 화재나 폭발 등에 취약한 액체 전해질의 대안으로 비가연성의 고체 전해질에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이온전도성이 뛰어난 황화물계 고체 전해질이 대표적인데, 고에너지밀도 전지에 필요한 고전압 양극 소재와의 화학적 불안정성이 상용화를 가로막고 있다. 이에 따라 최근에는 결합력이 강해 고전압 환경에서도 안정적인 염화물계 고체 전해질에 관한 관심이 높아지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 에너지저장연구센터 류승호 박사와 계산과학센터 한상수 박사, Lawrence Livermore National Laboratory(이하, LLNL) Brandon Wood 박사 공동연구팀이 계산과학을 통해 불소(F)가 치환된 고전압 안정형 염화물계 고체 전해질을 개발했다고 밝혔다. LLNL은 미국 국가핵안전관리처 산하의 대표적인 국가연구소로 우수한 슈퍼컴퓨팅 시설을 보유하고 있으며, KIST와 LLNL은 2019년부터 이차전지 분야에서 공동연구를 수행 중이다. 연구팀은 염화물계 고체 전해질(Li3MCl6)의 고전압 안정성 높이기 위해 화학적 결합력이 강한 불소(F)가 치환된 염화물계 고체전해질(Li3MCl5F)의 최적 조성 및 설계 원리를 제시했다. KIST에서 수립한 염화물계 고체 전해질의 고전압 안정성 향상 전략에 대해 LLNL에서는 슈퍼컴퓨터로 결과를 계산하고 이를 다시 KIST에서 실험을 통해 검증했다. 공동연구팀은 우선 계산과학을 활용해 성공 가능성이 높은 소재 설계 방법을 찾고, 이를 실험실에서 추가 검증함으로써 시간과 비용을 절약하는 전략을 채택했다. 연구팀에서 제시한 설계 원리로 합성된 염화물계 고체 전해질을 전고체 전지에 적용해 고전압 환경에서 전기화학적 안정성을 평가한 결과, 액체 전해질이 적용된 상용 리튬이온전지와 유사한 4V 이상의 고전압 안정성을 보였다. 이에 따라 불소(F)가 치환된 염화물계 고체 전해질은 고전압에서 불안정한 황화물계 고체 전해질을 대체해 전고체 전지의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다. 공동연구팀은 전고체 전지의 상용화를 앞당기기 위해 소재의 합성 공정, 전극·전지 제조 공정 최적화에 필요한 후속 연구를 수행할 예정이다. 한-미 공동연구를 통해 상용화에 성공할 경우, ESS, 전기차 등 이차전지의 최대 수요국 중 하나인 미국에서 전고체 전지의 핵심 요소인 고체 전해질 시장을 선점할 수 있다. KIST 류승호 박사는 “이번 연구 성과는 불소가 치환된 고전압 안정형 염화물계 고체 전해질에 대한 새로운 설계 원리를 제시한 것으로 화재 위험성이 없는 고에너지밀도 차세대 리튬 전고체 전지의 상용화가 앞당겨질 것”이라고 말했다. LLNL Brandon Wood 박사는 “새로운 고체 전해질 개발을 위해 계산과학 기반의 설계 원리를 제시하고, 이를 실험으로 검증한 체계적인 국제협력 연구였다”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST의 주요사업과 기후변화대응기술개발사업(2022M3J1A1054151), 산업통상자원부(장관 안덕근)의 리튬 기반 차세대이차전지 성능 고도화 및 제조기술개발사업(20012318), 자동차산업핵심기술개발사업(20007045)을 통해 수행됐다. 이번 연구 성과는 에너지 소재 분야의 국제학술지인 ‘ACS Energy Letters’ (IF 22.0, JCR 분야 상위 3.6%) 최신 호에 게재됐다. * 논문명: Fluorine-Substituted Lithium Chloride Solid Electrolytes for High-Voltage All-Solid-State Lithium-Ion Batteries [그림 1] 고전압 안정형 고체전해질 설계 전략 염화물계 고체전해질은 기존 황화물계 고체전해질의 전기화학적 안정성 범위를 크게 넓히며, 불소 치환을 통해 5V 이상의 고전압 안정성을 가질 수 있다. [그림 2] KIST-LLNL간 국제협력 연구 개요 KIST는 미국 LLNL국립연구소와 함께 2019년부터 차세대 이차전지에 대해 국제공동연구를 수행 중에 있으며, 정기적인 공동워크숍을 개최하여 전고체전지 국제공동연구를 진행 중에 있다. 2022년 8월에는 상호 연구협력을 위해 KIST-LLNL 간 MOU를 체결하였다.

- 계산과학 기반 고전압 안정형 고체 전해질 소재 설계 원리 제시 - 화재 위험성 없는 고에너지밀도 차세대 리튬 전고체 전지 상용화 기대 리튬이온전지에 일반적으로 사용되고 있으나 화재나 폭발 등에 취약한 액체 전해질의 대안으로 비가연성의 고체 전해질에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이온전도성이 뛰어난 황화물계 고체 전해질이 대표적인데, 고에너지밀도 전지에 필요한 고전압 양극 소재와의 화학적 불안정성이 상용화를 가로막고 있다. 이에 따라 최근에는 결합력이 강해 고전압 환경에서도 안정적인 염화물계 고체 전해질에 관한 관심이 높아지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 에너지저장연구센터 류승호 박사와 계산과학센터 한상수 박사, Lawrence Livermore National Laboratory(이하, LLNL) Brandon Wood 박사 공동연구팀이 계산과학을 통해 불소(F)가 치환된 고전압 안정형 염화물계 고체 전해질을 개발했다고 밝혔다. LLNL은 미국 국가핵안전관리처 산하의 대표적인 국가연구소로 우수한 슈퍼컴퓨팅 시설을 보유하고 있으며, KIST와 LLNL은 2019년부터 이차전지 분야에서 공동연구를 수행 중이다. 연구팀은 염화물계 고체 전해질(Li3MCl6)의 고전압 안정성 높이기 위해 화학적 결합력이 강한 불소(F)가 치환된 염화물계 고체전해질(Li3MCl5F)의 최적 조성 및 설계 원리를 제시했다. KIST에서 수립한 염화물계 고체 전해질의 고전압 안정성 향상 전략에 대해 LLNL에서는 슈퍼컴퓨터로 결과를 계산하고 이를 다시 KIST에서 실험을 통해 검증했다. 공동연구팀은 우선 계산과학을 활용해 성공 가능성이 높은 소재 설계 방법을 찾고, 이를 실험실에서 추가 검증함으로써 시간과 비용을 절약하는 전략을 채택했다. 연구팀에서 제시한 설계 원리로 합성된 염화물계 고체 전해질을 전고체 전지에 적용해 고전압 환경에서 전기화학적 안정성을 평가한 결과, 액체 전해질이 적용된 상용 리튬이온전지와 유사한 4V 이상의 고전압 안정성을 보였다. 이에 따라 불소(F)가 치환된 염화물계 고체 전해질은 고전압에서 불안정한 황화물계 고체 전해질을 대체해 전고체 전지의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다. 공동연구팀은 전고체 전지의 상용화를 앞당기기 위해 소재의 합성 공정, 전극·전지 제조 공정 최적화에 필요한 후속 연구를 수행할 예정이다. 한-미 공동연구를 통해 상용화에 성공할 경우, ESS, 전기차 등 이차전지의 최대 수요국 중 하나인 미국에서 전고체 전지의 핵심 요소인 고체 전해질 시장을 선점할 수 있다. KIST 류승호 박사는 “이번 연구 성과는 불소가 치환된 고전압 안정형 염화물계 고체 전해질에 대한 새로운 설계 원리를 제시한 것으로 화재 위험성이 없는 고에너지밀도 차세대 리튬 전고체 전지의 상용화가 앞당겨질 것”이라고 말했다. LLNL Brandon Wood 박사는 “새로운 고체 전해질 개발을 위해 계산과학 기반의 설계 원리를 제시하고, 이를 실험으로 검증한 체계적인 국제협력 연구였다”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST의 주요사업과 기후변화대응기술개발사업(2022M3J1A1054151), 산업통상자원부(장관 안덕근)의 리튬 기반 차세대이차전지 성능 고도화 및 제조기술개발사업(20012318), 자동차산업핵심기술개발사업(20007045)을 통해 수행됐다. 이번 연구 성과는 에너지 소재 분야의 국제학술지인 ‘ACS Energy Letters’ (IF 22.0, JCR 분야 상위 3.6%) 최신 호에 게재됐다. * 논문명: Fluorine-Substituted Lithium Chloride Solid Electrolytes for High-Voltage All-Solid-State Lithium-Ion Batteries [그림 1] 고전압 안정형 고체전해질 설계 전략 염화물계 고체전해질은 기존 황화물계 고체전해질의 전기화학적 안정성 범위를 크게 넓히며, 불소 치환을 통해 5V 이상의 고전압 안정성을 가질 수 있다. [그림 2] KIST-LLNL간 국제협력 연구 개요 KIST는 미국 LLNL국립연구소와 함께 2019년부터 차세대 이차전지에 대해 국제공동연구를 수행 중에 있으며, 정기적인 공동워크숍을 개최하여 전고체전지 국제공동연구를 진행 중에 있다. 2022년 8월에는 상호 연구협력을 위해 KIST-LLNL 간 MOU를 체결하였다.

- 계산과학 기반 고전압 안정형 고체 전해질 소재 설계 원리 제시 - 화재 위험성 없는 고에너지밀도 차세대 리튬 전고체 전지 상용화 기대 리튬이온전지에 일반적으로 사용되고 있으나 화재나 폭발 등에 취약한 액체 전해질의 대안으로 비가연성의 고체 전해질에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이온전도성이 뛰어난 황화물계 고체 전해질이 대표적인데, 고에너지밀도 전지에 필요한 고전압 양극 소재와의 화학적 불안정성이 상용화를 가로막고 있다. 이에 따라 최근에는 결합력이 강해 고전압 환경에서도 안정적인 염화물계 고체 전해질에 관한 관심이 높아지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 에너지저장연구센터 류승호 박사와 계산과학센터 한상수 박사, Lawrence Livermore National Laboratory(이하, LLNL) Brandon Wood 박사 공동연구팀이 계산과학을 통해 불소(F)가 치환된 고전압 안정형 염화물계 고체 전해질을 개발했다고 밝혔다. LLNL은 미국 국가핵안전관리처 산하의 대표적인 국가연구소로 우수한 슈퍼컴퓨팅 시설을 보유하고 있으며, KIST와 LLNL은 2019년부터 이차전지 분야에서 공동연구를 수행 중이다. 연구팀은 염화물계 고체 전해질(Li3MCl6)의 고전압 안정성 높이기 위해 화학적 결합력이 강한 불소(F)가 치환된 염화물계 고체전해질(Li3MCl5F)의 최적 조성 및 설계 원리를 제시했다. KIST에서 수립한 염화물계 고체 전해질의 고전압 안정성 향상 전략에 대해 LLNL에서는 슈퍼컴퓨터로 결과를 계산하고 이를 다시 KIST에서 실험을 통해 검증했다. 공동연구팀은 우선 계산과학을 활용해 성공 가능성이 높은 소재 설계 방법을 찾고, 이를 실험실에서 추가 검증함으로써 시간과 비용을 절약하는 전략을 채택했다. 연구팀에서 제시한 설계 원리로 합성된 염화물계 고체 전해질을 전고체 전지에 적용해 고전압 환경에서 전기화학적 안정성을 평가한 결과, 액체 전해질이 적용된 상용 리튬이온전지와 유사한 4V 이상의 고전압 안정성을 보였다. 이에 따라 불소(F)가 치환된 염화물계 고체 전해질은 고전압에서 불안정한 황화물계 고체 전해질을 대체해 전고체 전지의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다. 공동연구팀은 전고체 전지의 상용화를 앞당기기 위해 소재의 합성 공정, 전극·전지 제조 공정 최적화에 필요한 후속 연구를 수행할 예정이다. 한-미 공동연구를 통해 상용화에 성공할 경우, ESS, 전기차 등 이차전지의 최대 수요국 중 하나인 미국에서 전고체 전지의 핵심 요소인 고체 전해질 시장을 선점할 수 있다. KIST 류승호 박사는 “이번 연구 성과는 불소가 치환된 고전압 안정형 염화물계 고체 전해질에 대한 새로운 설계 원리를 제시한 것으로 화재 위험성이 없는 고에너지밀도 차세대 리튬 전고체 전지의 상용화가 앞당겨질 것”이라고 말했다. LLNL Brandon Wood 박사는 “새로운 고체 전해질 개발을 위해 계산과학 기반의 설계 원리를 제시하고, 이를 실험으로 검증한 체계적인 국제협력 연구였다”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST의 주요사업과 기후변화대응기술개발사업(2022M3J1A1054151), 산업통상자원부(장관 안덕근)의 리튬 기반 차세대이차전지 성능 고도화 및 제조기술개발사업(20012318), 자동차산업핵심기술개발사업(20007045)을 통해 수행됐다. 이번 연구 성과는 에너지 소재 분야의 국제학술지인 ‘ACS Energy Letters’ (IF 22.0, JCR 분야 상위 3.6%) 최신 호에 게재됐다. * 논문명: Fluorine-Substituted Lithium Chloride Solid Electrolytes for High-Voltage All-Solid-State Lithium-Ion Batteries [그림 1] 고전압 안정형 고체전해질 설계 전략 염화물계 고체전해질은 기존 황화물계 고체전해질의 전기화학적 안정성 범위를 크게 넓히며, 불소 치환을 통해 5V 이상의 고전압 안정성을 가질 수 있다. [그림 2] KIST-LLNL간 국제협력 연구 개요 KIST는 미국 LLNL국립연구소와 함께 2019년부터 차세대 이차전지에 대해 국제공동연구를 수행 중에 있으며, 정기적인 공동워크숍을 개최하여 전고체전지 국제공동연구를 진행 중에 있다. 2022년 8월에는 상호 연구협력을 위해 KIST-LLNL 간 MOU를 체결하였다.