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    • Li-S battery

      “Eco-Friendly, Cheap & high capacity”

    • Na-ion battery

      “Viable alternative to Li-ion”

    • Li metal anode

      “Ultimate anode material”

    • Li-Air battery

      “Toward the highest energy density”

Notice

[2020.12.07_YTN Science] 미래를 저장하는 기술 - 선양국 배터리공학자
<주간 보고회 및 연구 지도, 사이언스 감사패 및 교수님 업적 요약; 사진출처: 영상 내 캡쳐>교수님의 연구일상이 YTN Science에 담겼습니다. 배터리 소재 연구로 인류에 공헌하고자 하시는 교수님의 연구철학과 배터리 기술, 비전, 연구실 일상을 확인할 수 있습니다. 아래 기사 및 영상을 통해 교수님의 연구열정을 확인하실 수 있습니다. [2020.12.07_YTN Science] 미래를 저장하는 기술 - 선양국 배터리공학자영상링크 : https://youtu.be/4Gzcvar6vek 기사링크 : https://science.ytn.co.kr/program/program_view.php?s_mcd=1394&s_hcd&key=202012080958493020 [YTN Science 영상요약]오늘날, 배터리 성능을 위해 세계는 배터리 전쟁 중이라고 해도 과언이 아니다. 하지만 리튬이온 배터리는 넓은 구동 전압과 높은 에너지 밀도로 현존하는 에너지 저장 시스템 중 가장 좋은 배터리지만 화재나 폭발이라는 치명적인 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 오랜기간 많은 과학자가 연구했지만 아직 대체할 배터리는 없는 상황에서 선양국 교수는 이를 극복하기 위해 오래전부터 배터리의 양극 소재를 개발하는 데 힘썼다. 선양국 교수는 배터리를 사용할수록 양극재에 균열이 생겨 틈으로 전해질이 침투하면서 배터리에 안정성과 성능이 저하되는 것을 발견했고 이를 극복할 새로운 소재를 개발했다. 그가 개발한 ‘농도구배형’ 양극재는 표면부터 중심부까지 전체 농도를 변화시켜 각 조성에서 갖는 장점만 발현되기 때문에 안정성과 용량을 동시에 잡은 기술이다. 최근 선양국 교수는 새로운 소재를 찾아 연구하고자 차세대 전지 개발에도 박차를 가하고 있다는데.과학자의 선구안으로 불모지 시절부터 배터리 연구를 시작한 선양국 교수, 안전하면서도 성능이 좋은 배터리를 발명하기 위해 오랜 기간 독창적인 연구를 해 온 그의 이야기를 들여다보자.
2020년 세계에서 가장 영향력있는 연구자 (HCR) 선정
선양국 교수는 5년 연속, 세계에서 가장 영향력 있는 연구자 (HCR, Highly Cited Researcher)로 선정되었다. 클래리베이트 애널리틱스(Clarivate Analytics)는 오늘 ‘2020년 세계에서 가장 영향력 있는 연구자’ 즉, 논문의 피인용 횟수가 많은 상위 1% 연구자(Highly Cited Researchers, 이하 HCR) 명단을 발표했다.   올해로 7년째를 맞이한 HCR 명단은 클래리베이트가 매년 각 분야에서  피인용 횟수가 가장 높은 상위 1%의 논문을 기준으로 연구자를 선정한다. 전세계 60여개 국에서 총 6,167명이 글로벌 HCR로 선정되었으며,우리나라에서 연구 성과를 올린 과학자는 중복수상을 포함하여 총 41명이 선정되었다. 선양국교수는 화학분야과 재료과학분야 모두에서 HCR로 선정되었다.    ** 선양국 교수님의 Highly Cited Researcher 수상 이력-. Highly Cited Researcher in the field of Materials Science - 2020-. Highly Cited Researcher in the field of Chemistry - 2020-. Highly Cited Researcher in the field of Materials Science - 2019-. Highly Cited Researcher in the field of Materials Science - 2018-. Highly Cited Researcher in the field of Engineering - 2017-. Highly Cited Researcher in the field of Materials Science - 2017-. Highly Cited Researcher in the field of Engineering - 2016-. Highly Cited Researcher in the field of Materials Science - 2016[20.11.18 클래리베이트 애널리틱스 보도] " 2020년 세계에서 가장 영향력 있는 연구자 HCR 발표"https://recognition.webofscience.com/awards/highly-cited/2020/[20.11.18 연합뉴스 보도] "'논문 피인용 상위 1%, 영향력 큰 연구자'에 국내 41명 선정"https://www.yna.co.kr/view/AKR20201118123200017?input=1195m[20.11.18. 매일경제 보도] "클래리베이트, '2020년 세계에서 가장 영향력있는 연구자' 발표... 국내 41명 선정"https://www.mk.co.kr/news/it/view/2020/11/1188216/ 
[2020.09.22_Nature Energy 논문 게재 ] 1회 충전 6-700km 주행 및 20년 사용 가능한 이차전지 논문 발표
선양국 한양대 에너지공학과 교수 연구팀이 원자 및 마이크로 단위로 공학설계 한 이차전지 양극소재 원천기술을 에너지 분야의 세계적 최고 권위 학술지인 ‘네이처 에너지 (Nature Energy IF: 46.495)’에 게재했다. 한양 배터리센터 선양국 교수(센터장, 윤종승 교수와 공동연구) 연구팀은 전기자동차 1회 충전 시 600-700km 주행 가능하며 20년 동안 사용해도 성능이 유지되는 차세대 리튬이차전지 양극소재 연구결과를 발표했다. K-양극소재로써 3세대 전기자동차 시장을 견인하는 기폭제 역할을 할 것으로 기대 된다. (1회충전 기준; 1세대: 200 km미만, 2세대: 320-500 km, 3세대: 500-700 km)   양극소재는 리튬 금속 산화물로 이차전지를 구성하는 4대 소재 중 하나이며 에너지밀도 및 수명에 가장 큰 기여를 한다. 또한 전기자동차 가격의 20%이상을 차지하는 원재료이기에 전기자동차의 핵심소재이다. 따라서 양극소재의 에너지밀도와 수명향상은 전기자동차의 가격 절감과 주행거리와 사용기간 증대로 이어진다. 에너지밀도는 소재 내 니켈 함량에 비례한다. 때문에 현 이차전지 업계는 양극소재 내 니켈함량을 높여 전기자동차 주행거리를 향상시키는 것에 초점이 맞춰져 있다. (상용화 된 양극소재는 Ni 60-80% 수준의 NCM(니켈, 코발트, 망간)과 테슬라에 사용 되는 NCA (니켈, 코발트, 알루미늄)로 구성) 하지만 충전할 때, 니켈 함량이 증가함에 따라 양극소재에 스트레스가 쌓이는 문제가 있다. 특히 마지막 20-30%의 용량을 충전하는데 급격한 스트레스가 발생하며 온전히 양극소재에 축적된다. 스트레스를 해소하기 위해 양극소재는 불가피하게 미세균열을 발생시키는데 이는 수명과 안정성을 급격히 하락시키는 원인이다. 따라서 전기자동차용 이차전지는 본래 용량의 70-80%만 충전시킬 수 있도록 설계되며 나머지 용량은 버려지는 문제가 있다.  선양국 교수 연구팀은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 두 가지 해결책을 제시하였다. 첫 번째는 스트레스를 줄일 수 있는 “오더링 구조”이다. 상용 양극소재에 높은 산화수를 갖는 금속 도핑(Ta, Mo, Nb, W)을 통해 리튬과 전이금속의 자리바꿈을 유도했다. 기존 층상계 구조는 고전압까지 충전할 때 특히 불안정하다. 이 상태로 지속적으로 사용하면 결정구조가 무너지는 현상이 생긴다. 이 현상이 전지자동차의 출력을 떨어트리고 주행거리를 감소시키는 문제점으로 나타난다. 새로운 오더링 구조는 충전 시에도 매우 안정적으로 결정구조를 유지하며 스트레스를 줄여주는 역할을 수행한다. 두 번째는 스트레스가 축적돼도 견딜 수 있도록 입자 형상을 설계하여 “막대모양”으로 구성된 양극소재를 합성한 것이다. 두 가지 해결책이 적용 된 양극소재는 100% 충전을 해도 미세균열이 생기지 않는다. 원자 및 입자형태 변환을 통한 마이크로 수준의 공학설계를 통해 높은 에너지 밀도를 유지하면서 안정적인 수명특성을 갖는 혁신적인 “NCX” K-양극소재가 개발 되었다. *NCX= Li[Ni0.9Co0.09X0.01]O2 (X=Ta, Mo, Nb, W)   K-양극소재는 90-95%의 니켈을 포함하고 있음에도 불구하고 본래 에너지밀도를 100% 활용 가능하다. 이는 버려지는 에너지가 없어 이차전지의 가격 및 무게 절감 효과로 이어지며, 1회 충전으로 600-700 km의 주행거리를 가지게 해준다. 동시에 2,000회 충 방전에도 90%의 안정적인 용량 유지율 나타내는데, 20년 이상 사용해도 초기와 비슷한 성능을 나타낼 수 있다. 또한 10분의 급속 충전이 가능하며 차세대 이차전지인 전고체 시스템에 적용가능하다. 추후 1,000km까지 주행할 수 있는 전기자동차도 상상할 수 있다고 전했다.금번 선양국 교수연구팀의 연구는 높은 학술적 가치를 인정 받아 에너지분야의 세계 최고권위의 학술지 '네이처 에너지(Nature Energy)'에 게재 되었다. 관련 논문 https://www.nature.com/articles/s41560-020-00693-6     
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