- 분류
- 배터리
수지상 리튬 성장 억제 집전체 기술
애노드 집전체 표면에 평균 직경 250~450nm, 높이 30~80nm의 금속 도트 패턴을 형성하여 리튬 핵 생성 위치를 제어하고 초기 전착을 수평 방향으로 균일화함
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TRL09
사업화
- 본격적인 양산 및 사업화 단계
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TRL08
시작품 인증/표준화
- 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
- 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등
- 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
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TRL07
Pilot 단계 시작품 신뢰성 평가
- 시작품의 신뢰성 평가
- 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계
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TRL06
Pilot 단계 시작품 성능 평가
- 경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가
- 시작품 성능평가
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TRL05
시제품 제작/ 성능평가
- 개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가
- 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발
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TRL04
연구실 규모의 부품/시스템 성능평가
- 연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계
- 실용화를 위한 핵심요소기술 확보
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TRL03
연구실 규모의 성능 검증
- 연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계
- 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계
- 모델링/설계기술 확보
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TRL02
실용 목적의 아이디어/특허 등 개념 정립
- 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
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TRL01
기초 이론/실험
- 연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계
기술설명
- 기술개요 및 핵심내용
- ᛫ 애노드 집전체 표면에 평균 직경 250~450nm, 높이 30~80nm의 금속 도트 패턴을 형성하여 리튬 핵 생성 위치를 제어하고 초기 전착을 수평 방향으로 균일화함
᛫ 금, 은, 주석, 아연 등 리튬 친화 금속으로 구성된 도트 패턴이 활성 자리(active site)로 작용해 핵 형성 과전압을 낮추고 수지상 리튬 성장을 억제함
᛫ 폴리스티렌·PMMA 등 고분자층과 PDMS 몰드를 이용해 음각→양각 패턴 형성 후, 이온 식각과 전사 공정을 거쳐 금속 도트 패턴을 도전성 박막 상에 정밀하게 구현함
᛫ 금속 도트 패턴을 적용한 집전체는 비교예 대비 리튬 전착 균일성, 쿨롱 효율 및 사이클 수명(200~300 cycles)이 크게 향상되어 리튬금속전지의 안전성과 장기 신뢰성을 높임
- 기존기술한계점
- ᛫ 리튬 금속은 충·방전 반복 시 불균일 전착으로 수지상 리튬(dendrite)·데드리튬(dead Li)이 형성되어 쿨롱효율 저하, 내부단락, 폭발 위험 등 심각한 안전 문제가 발생
᛫ 수지상 리튬은 애노드 표면적 증가와 부동태층 축적을 초래해 리튬과 전해액의 지속적 소모, 에너지 밀도 저하, 사이클 특성 악화를 유발하며, 분리막을 관통해 전지를 파괴할 수 있어 안정성 확보가 시급함
- 본 기술차별점
- ᛫ 구리 집전체 표면에 리튬 친화적 금속 도트 패턴을 형성하고 그 직경·높이를 최적화함으로써 리튬 핵 형성 과전압을 낮추고 균일한 리튬 전착을 유도하여 수지상 리튬 성장을 억제할 수 있음
᛫ 수지상 리튬 억제를 통해 내부 단락을 방지하여 안전성을 향상시키고, 높은 쿨롱 효율 및 개선된 수명 특성을 확보할 수 있음
- 관련시장 및 적용분야
- 2025년 1,946.6억 달러 ⇀ 2033년 4,263.7억 달러 (연평균성장률 10.3%) 승용차, 버스, 이륜차의 급속한 전기화가 주도
응용분야: 이차전지
적용분야: 전기자동차, ESS 전기차 증가, 재생에너지 대규모 통합, 첨단 에너지 저장 솔루션 수요 증가가 시장 성장 견인