리튬이차전지와 태양전지를 이용한 융합 디바이스 개발에 관한 연구

윤백상(Baeksang Yoon),정준호(Jungo Jeong),김상길(Sang-Gil Kim),김재국(Jaekuk Kim),권남(Nam Kwon),서인석(Inseok Seo) 한국전지학회 2021 한국전지학회지 Vol.1 No.2

본 논문에서 리튬이차전지와 실리콘 태양전지를 결합한 융합 디바이스 제조 및 특성평가 결과를 논의한다. 리튬이차전지의 양극활물질로는 Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O₂(NCA), 음극활물질로 Li₄Ti5O1₂를 사용하였다. 실리콘 태양전지를 이용하여 충방전을 진행하였을 때 리튬이차전지 사이클러로 충방전을 진행하였을 때와 유사한 거동을 보였다. 실리콘 태양전지와 리튬이차전지 융합 소자의 에너지 변환 및 저장 효율은 11.02%로 확인되었다. 결과적으로 실리콘 태양전지와 리튬이차전지의 융합에 있어 사용 가능함을 확인하였다. In this paper, development and characterization of lithium-ion battery(LIB) interconnected device using silicon solar cell were discussed. Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O₂(NCA) was used as the cathode active material and Li₄Ti5O1₂(LTO) was used as the anode active material. The NCA-LTO full cell showed a reasonable capacity retention and coulombic efficiency of 88.62% and 99.20% at 100 cycles, respectively. The fill factor of Si solar cell showed 0.738. The interconnected device showed a power conversion efficiency of 11.02%. Both the LIBSi solar cell device and LIB cell without Si solar cell (battery cycler charging) showed similar charge-discharge voltage profiles. As a result, it is possible that NCA-LTO with Si solar cell could be used in the field of interconnected device.

멀티콥터(드론)와 이차전지

손호준(Ho Jun, Son),선유정(Yu Jeong, Seon),유호석(Ho Suk, Ryu) 한국전지학회 2021 한국전지학회지 Vol.1 No.1

최근 무인기 중에서 많은 사람들이 스포츠, 완구, 모빌리티 형태로 사용하고 있는 멀티콥터(드론)의 시장은 급격하게 성장하고 있다. 다양한 기능을 가진 드론의 개발에 따라 큰 성능이 필요하게 되었다. 멀티콥터동력의 핵심 부품인 이차 전지의 고용량, 고출력 성능, 안전성 등과 관련 관심사도 증가하고 있다. 또한 멀티콥터에서 최근 이러한 전지(이차전지) 단독으로 사용되는 것 이외에도 태양전지, 내연기관, 연료전지 등과 혼용되는 등 다양한 형태로 사용되고 있다. 그러므로 본 논문은 멀티콥터와 멀티콥터에 사용되는 이차전지의 특성과 사용에 대하여 알아보도록 하겠다. Recently, market of the multi-copter (drone), which is used by many people in the form of sports, toys, and mobility, is growing rapidly. The development of drones with various functions required great performance. Interests related to high capacity, high power performance, and safety of secondary batteries, which are key components of drone power, are also increasing. In addition to being recently used exclusively by drones, it has been used in various forms, including solar cells, internal combustion engines, and fuel cells. Therefore, this paper will examine the characteristics and use of secondary batteries used in drones and drones.

상온형 소듐 금속 또는 소듐 이온 이차전지

유호석(Ho Suk, Ryu) 한국전지학회 2021 한국전지학회지 Vol.1 No.2

소듐은 리튬에 비하여 풍부한 매장량을 가지고 있어 저가이고 다른 전지들에 비하여 산화환원 전압이 -2.71 V로 낮은 편이며 대용량 이차전지의 전극물질로의 가능성을 충분하게 가지고 있다. 초기의 소듐을 이용한 전지는 고온에서 소듐 β""-알루미나(NaAl11O17)을 이용하여 고온형 Na/S전지와 ZEBRA(zero-emission battery research Activities; Na-NiCl₂) 전지 두 가지 타입이 사용되고 있으며 이러한 전지는 300℃ 이상의 고온에서 작동되기 때문에 전극으로 사용되는 소듐과 양극 물질이 용융상태로 작동이 된다. 최근에는 리튬 전지의 대용량화에 따른 높은 가격 등으로 인하여 상온에서도 작동할 수 있는 소듐 전지에 많은 관심을 가지게 되었다. 본 논문은 상온용 소듐 전지에 사용되는 전극과 전해질에 대하여 알아보도록 하겠다. Sodium has abundant reserves compared to lithium, so it is inexpensive and has a low oxidation-reduction voltage of -2.71 V compared to other batteries and has sufficient potential as an electrode material for large-capacity secondary batteries. In the early days of batteries using sodium, two types were used: a high-temperature Na/S battery and a ZEBRA (zero-emission battery research activities; Na-NiCl₂) battery using sodium β""-alumina (NaAl11O17) at high temperature. Because it is operated at a high temperature of 300℃ or higher, sodium used as an electrode and the anode material are operated in a molten state. Recently, due to the high price due to the increase in capacity of lithium batteries, there has been much interest in sodium batteries that can operate at room temperature. In this paper, we will investigate the electrodes and electrolytes used in sodium batteries for room temperature.

리튬이온전지 75 Ah급 파우치형의 충전상태에 따른 엔트로피, 내부저항, 개회로전위 및 비열

도칠훈(Chil-Hoon Doh),하윤철(Yoon-Cheol Ha),엄승욱(Seong-Wook Eom) 한국전지학회 2021 한국전지학회지 Vol.1 No.2

전지의 대형화와 직·병렬 집적화에 따라서 흡·발열량, 온도변화, 내부저항의 변화를 예견하고 측정하여 감시하는 것은 이동형의 electric vehicle(EV)과 고정형의 battery energy storage system(BESS)을 안전하게 운용할 수 있도록 하는 중요한 일이다. 전지의 정전류 충·방전과 단락 등 급격한 전지 전위의 변화에 대한 발열과 흡열의 열화학 관계를 기 발표한 논문의 내용을 요약하여 서론에 나타내었다. 본 연구에서는 가속율열량계(accelerated rate calorimeter, ARC)를 이용하여 75 Ah 급 파우치형 리튬이차전지의 충전상태를 점진적으로 증가시키면서 준-단열 상태의 slow cooling 방법으로 충전상태별로 엔트로피, 비열, 내부저항 및 개회로전압을 측정한 결과를 보고합니다. It is important to understand the thermo-electro-chemical reaction of battery for the safe operation of mobile electric vehicle (EV) and stationary battery energy storage system (BESS). The thermo-electro-chemistry of battery could give information on exo-/endo-thermically generated heat, temperature variation and variation of internal resistance. Which features could be used for safe operation of battery. The thermo-electrochemical reaction of battery were summarized for the condition of galvanostatic and potentiostatic charge/discharge operation. In here, some thermo-electro-chemical parameters such as entropy, open circuit cell potential and specific heat capacity were evaluated for 75 Ah pouch lithium ion battery along with the state of charge (SOC) using an accelerated rate calorimeter (ARC).

전고체전지 상용화를 위한 황화물 고체전해질 기술 개발 동향

하윤철(Yoon-Cheol Ha) 한국전지학회 2021 한국전지학회지 Vol.1 No.1

본 논문에서는 차세대 전지 중 가장 주목받고 있는 전지 중 하나인 전고체전지의 상용화를 위한 황화물계 고체전해질 기술의 개발 동향을 살펴 보고, 특히 대량 생산이 용이한 액상합성법과 최근 한국전기연구원에서 개발한 공침 제조기술에 대해 소개한다. This paper presents the recent trends in the development of sulfide solid electrolytes for all-solid-state batteries which have been considered as one of the most promising next-generation batteries. In particular, the solution synthesis routes including recently developed co-precipitation method are introduced in view of the mass-production of sulfide solid electrolytes.

전처리 용매를 이용한 Direct Recycling에 따른 폐리튬이온전지 양극 소재 특성 연구

노유정(Yoojung Noh),송영웅(Youngwoong Song),이효찬(Hyochan Lee),이정환(Junghwan Lee),류지은(Jieun Ryu),정영훈(Younghoon Jung),이슬기(Seulgi Lee),김재국(Jaekook Kim),임진섭(Jinsub Lim),김민영(Minyoung Kim) 한국전지학회 2023 한국전지학회지 Vol.3 No.2

수명이 다해 폐기되는 리튬이온전지의 수가 늘어남에 따라 이를 재활용하는 방안에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 논문에서는 직접 재활용의 일환으로 용매를 사용하여 폐리튬이온전지에서 양극활물질을 회수하는 전처리 실험을 진행하고, 각 용매별로 회수한 양극활물질의 전기화학적 특성을 보고하였다. 실험 결과는 회수한 양극활물질의 직접재활용 가능성을 시사한다. As the number of lithium-ion batteries discarded at the end of their lifespan increases, interest in ways to recycle them is increasing. In this paper, an experiment was conducted to recover cathode active materials from spent lithium-ion batteries using solvents as part of direct recycling, and the electrochemical properties of the cathode active materials recovered for each solvent were reported. The experimental results suggest the possibility of recycling the recovered cathode active materials.

리튬이차전지 단일열화 구현: 전해액 고갈 및 전기적 연결성 저감

이소연(Soyeon Lee),오승미(Seungmi Oh),장일찬(Il Chan Jang),우중제(Jung-je Woo),송진주(Jinju Song) 한국전지학회 2021 한국전지학회지 Vol.1 No.1

리튬이차전지의 열화 현상은 양극, 음극, 전해액, 집전체 각 구성의 이유로 인해 매우 복잡하다. 전지의 열화를 이해하기 위해 리튬이차전지의 전해액 고갈과 전지적 연결성 저감 현상을 구현하고 각 현상에서의 전기화학특성을 확인하였다. 단일 열화의 전기화학적 실험 데이터는 추후 전지의 복합열화 셀에서 주요 열화 원인을 분석하기 위한 기초 자료로 사용될 것이다. The mechanism of degradation in lithium ion batteries (LIB) was complex, which there are various reasons with cathode, anode, electrolyte, and current collector. The artificial singular degradation cells as electrolyte depletion and electric network loss were reproduced for understanding degradation in LIB. The electrolyte depletion in the cell leads to loss of capacity with different voltage profile. The electric network loss in the electrode shows dramatic capacity loss with low cycle retention. Based on experimental data from electrochemical performance are presented for degradation cells.

3차원 카본클로스를 사용한 전고체 리튬-황 전지의 성능 개선

이종관(Jongkwan Lee),허국진(Kookjin Heo),송영웅(Youngwoong Song),황다희(Dahee Hwang),김민영(Minyoung Kim),임진섭(Jinsub Lim) 한국전지학회 2021 한국전지학회지 Vol.1 No.2

전고체 리튬-황 전지는 리튬-황 전지의 단점인 고차 폴리설파이드의 셔틀현상을 억제 할 수 있는 유망한 해결책이다. 또한, 3차원적으로 넓은 표면적과 높은 전도도를 가지는 양극은 리튬-황 전지의 낮은 전도도를 향상시키는데 효과적이다. 본 연구에서 빠른 넓은 표면적과 높은 이온전도도를 바탕으로 빠른 전하전달이 가능한 3차원 카본클로스를 사용하여 양극을 제작하였다. 그 결과, 전고체 리튬-황 전지는 0.1C에서 약 25% 증가한 초기용량과 0.2C에서 10% 증가한 고율 특성을 구현하였다. 이는 carbon cloth를 사용하여 제작한 양극이 전고체 리튬-황 전지의 전기화학적 성능을 개선할 수 있음을 보여주었다. All-solid-state lithium-sulfur batteries is a promising solution to restrict the shuttle effect of longchain polysulfides. In addition, three-dimensionally large-surface area and high conductivity cathode is effective method to improve low conductivity of lithium-sulfur batteries. Herein, we constructed three-dimensional carbon cloth cathode with fast charge transfer through large surface area and high conductivity. As a result, the all-solid-state lithium-sulfur batteries with as-constructed cathode achieved about 25% improved initial capacity at 0.1C and about 10% increased C rate performance at 0.2C, respectively. It showed possible to improve the electrochemical performance of all-solid-state lithium-sulfur batteries with as-constructed cathode.

고연화점 피치를 활용한 이차전지용 도전재 제조

김재현(Jaehyeon Kim),고민성(Minseong Ko),채수종(Sujong Chae) 한국전지학회 2023 한국전지학회지 Vol.3 No.2

최근 몇 년간 리튬이온전지의 사용 범위와 수요가 급격히 증가하였다. 이에 따라 보다 높은 고성능 리튬이온전지에 대한 요구 또한 증가하고 있다. 리튬이온전지가 높은 성능을 내기 위해서는 활물질의 높은 전기전도도가 필수적이다. 하지만 리튬 금속 산화물 형태의 상용화 양극 소재의 경우 매우 낮은 전기전도도로 인해 지속 가능한 용량 구현에 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서는 탄소함량이 높고 가격이 저렴한 탄소전구체인 피치를 도전재로 이용하여 양극재의 부족한 전기전도도 보완을 시도하였다. 서로 다른 연화점을 가지는 피치 소재들 간의 비교분석을 통해 도전재로써 적합한 소재를 선정하였으며 선정된 소재를 상용 LiCoO₂ 양극소재에 적용하여 도전재 미적용 전지 대비 29.2%의 초기 충·방전 효율 향상을 달성하였다. In recent years, demands for high-performance lithium-ion batteries have increased along with the expansion of their usage. The high electrical conductivity of active materials is essential for lithium-ion batteries to provide stable and improved performance. However, metal oxides currently used as cathode materials suffer from stable operation due to the low electrical conductivity of ceramic materials. In this study, we tried to supplement the low electrical of cathode materials by introducing the carbonized pitch with high carbon contents and low cost, as a conductive material. Two types of pitch with different softening points were analyzed to investigate their suitability as conductive material. The pitch with a higher softening point showed better properties and improved initial charging/discharging efficiency by 29.2% when applied to commercial cathode electrodes with LiCoO₂.

Development of Secondary Battery Market and Trends of Solid-State Batteries

Jae-Sang Parka(박재상),Seung-Taek Myung(명승택) 한국전지학회 2022 한국전지학회지 Vol.2 No.1

현재 이차전지 시장은 전기차의 발전과 함께 급격히 성장중이다. 하지만, 상용화된 리튬 이온전지는, 화재상황에서 유기 전해질의 폭발 위험이 있다. 전고체 전지는 유기용액으로 이루어진 전해질을 고체 전해질로 대체하여 화재 상황에서도 전지의 폭발 위험 등이 없는 안전성이 확보된 전지로 앞으로 전기차 시장의 발전을 위해서는 전고체 전지의 개발이 필수적이다. Currently, the secondary battery market is multiplying along with the development of electric vehicles. However, commercial lithium-ion batteries risk an explosion of the organic electrolyte in a fire situation. The all-solid-state battery replaces the electrolyte made of an organic solution with a solid electrolyte so there is no risk of battery explosion even in a fire situation.