금속 킬레이트 하나로 다공성 탄소와 탄소나노튜브를 동시에 길러, 리튬-황 전지 용량을 20% 이상 끌어올린 양극소재
기관·연구자 한국기초과학지원연구원(KBSI) · 등록특허 10-2173294TRL 코인셀 전기화학 평가 완료 업데이트 중 · TRL 등급
초기 충·방전 용량
1,300mAh/g
기존 대비 +20% 이상비교예(메조다공성 탄소 단독) 약 1,100 mAh/g · 0.2C 코인셀
이런 기업에 필요한 기술입니다
리튬-황 전지 개발사황 양극 호스트 소재
탄소소재 기업탄소-CNT 하이브리드 양산
UAM·드론·항공경량 고에너지 전원
촉매·에너지저장 소재사질소 도핑 다공성 탄소
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기술정의 · 작동원리
황은 이론 용량 1,675 mAh/g으로 기존 양극의 4~5배지만, 전기가 통하지 않고 방전 중 폴리설파이드가 녹아 빠져나갑니다(셔틀 현상). 본 기술은 황을 담을 전도성 다공성 탄소 호스트를 금속 킬레이트(코발트 프탈로시아닌)와 실리카 주형을 섞어 한 번의 가열로 만듭니다.
메조다공성 탄소체 표면에서 자란 탄소나노튜브 SEM (×100k · ×40k) — 등록특허 10-2173294 도 2a·2b
한 번에 두 구조다공성 탄소 + CNT 동시 형성
공정 단순화탄소 증기증착 단계 생략
이중 담지·질소 도핑기공 + CNT 표면 양쪽에 황
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경쟁기술 대비 차별성
황을 담을 그릇을, 단 한 번의 가열로 만듭니다.
통상 메조다공성 탄소본 기술탄소 전구체페놀·포름알데하이드 증기증착 (별도 공정)금속 킬레이트를 주형과 혼합만구조메조다공성 탄소 단독메조다공성 탄소 + 표면 성장 CNTCNT·질소별도 합성·혼합 필요, 질소 도핑 없음금속이 촉매로 CNT 자생, 질소 도핑초기 용량약 1,100 mAh/g약 1,300 mAh/g (+20% 이상)
기술소개서메조다공성 탄소-탄소나노튜브 하이브리드 구조체 및 황-하이브리드 복합체KBSI
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주요 성능 결과
등록특허 실시예 · 리튬-황 코인셀, 0.2C
1,300 mAh/g
황-하이브리드 복합체 초기 용량비교예 약 1,100 mAh/g 대비 +약 200 mAh/g
15~25 nm
표면 성장 탄소나노튜브 직경그래파이트 수준 격자 — 고전도성
155 ℃
황 용융 함침 (15시간)황이 메조기공과 CNT 표면 양쪽에 적층(질소 흡착량 감소로 확인)
50 회
충·방전 사이클 평가 업데이트 중 · 용량 유지율1.5~2.8 V · TEGDME/DOL/DME + LiTFSI 1 M
실시예 3(진한 선) vs 비교예 3(옅은 선) 충·방전 — 도 4
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적용분야 및 기대효과
Li-S 상용화의 관건은 황이 아니라 황을 담는 호스트 소재입니다. 공정이 짧아지면 수율이 오르고 단가가 내려갑니다. 하이브리드 구조체는 촉매 담체·수퍼커패시터 전극으로도 확장할 수 있습니다.
리튬-황 전지 19,030만 → 15.235억 달러 ('25 → '35)연평균 32.1%
UAM·드론·항공경량·고에너지밀도 최우선 적용 분야
방산·특수 전원무게당 에너지 중요 분야
촉매·수퍼커패시터다공성 탄소-CNT 확장 적용
동향 Lyten(네바다 10 GWh), Zeta Energy+Stellantis(2030 EV 탑재 목표), LG에너지솔루션(UAM·드론) 등 상용화 경쟁 2권리 구조체·복합체·제조방법 모두 포괄 — Li-S 외 용도로 분리 라이선스 가능, 존속만료 2038.12.14
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관련 특허
출원(등록)번호발명의 명칭등록일출원인10-2173294하이브리드 구조체, 이를 포함하는 황-하이브리드 복합체, 및 그 제조방법2020.10.28한국기초과학지원연구원
출원 2018.12.14 · 존속만료(예정) 2038.12.14 · 해외 패밀리 업데이트 중
