소재강국 실현을 위한 FRONTIER. 재료 전문 종합연구기관.

분말/세라믹연구본부

분말/세라믹연구본부

실장 한병동

연구실 소개

기능세라믹연구실은 금속지지체 연료전지 및 전고체이차전지 용 전극 및 전해질 소재, 고감도 센서 및 에너지 하베스터용 압전소재를 비롯, 전자기, 자왜 특성을 이용한 지자기센서용 다강체소재, 열에너지 효율성 향상을 위한 열전/전기열량/자기열량 소재, 의료 부품용 바이오 소재에 대한 연구를 수행하고 있으며, 고출력 전자부품의 신뢰성 향상을 위한 융복합소재 기술을 이용한 미래형 열관리 기술을 새롭게 개발하고 있다.

055-280-3341

주요 실적

SCI 국제논문 22건, 국내논문 4건, 국제발표 18건, 초청강연 4회, 국내발표 36건
“에너지하베스터 층상구조 및 이의 제조방법” 등 국내특허 11건 등록
“개선된 표면 거칠기를 가지는 후막 코팅 방법” 등 국내특허 10건 출원
KIST, RIST, 서울대, Pennstate Univ., Virginia Tech 등 국내외 유수 연구기관과의 활발한 기술교류

주요 연구분야

전고체 이차전지/SOFC 용 전극 및 전해질 소재 조성제어/코팅기술
에너지 하베스팅 소자 및 압전소재, 고감도 지자기센서용 자기-전기(magneto-electric, ME) 소재기술
열전효과/전기열량효과/자기열량효과를 응용한 차세대 냉각기술 및 고효율 에너지소재기술
기능성 의료용 부품의 생체 적합성 향상 코팅기술
고출력 전자부품소자의 신뢰성 향상을 위한 미래형 열관리 융복합 방열소재 기술

연구개발 추진실적

고이온전도도 산화물 고체전해질 기반 전고체 이차전지 제조기술 개발

[과제 소개]

  • 액체 전해질 기반 리튬이차전지의 화재/폭발 위험을 제거하기 위한 전고체 이차전지 개발 연구로서, 대표적인 산화물 고체전해질인 Li7La3Zr2O12 (LLZ) 세라믹스를 사용한 전고체 이차전지 제조 연구.

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • LLZ 세라믹스를 사용한 전고체 이차전지 셀 제조 기술 연구
    • LLZ 세라믹스의 결정 구조 및 미세구조 제어 연구
    • 공기 중의 수분이 LLZ 세라믹스의 이온전도도에 미치는 영향 연구
    • LLZ 세라믹스의 이온전도도 변화가 LLZ 세라믹스로 제조된 전고체 이차전지 셀의 전기화학 특성에 미치는 영향 연구
제조된 LLZ 세라믹스의 미세구조(좌)와 주파수에 따른 임피던스 변화(우)
  • 2014년 SCI 논문 4편 게재, 국내학회 발표 1편
  • 2014년 국내특허 3건 등록

금속지지체형 고성능 SOFC 셀 제조기술 개발

[과제 소개]

  • 기존 세라믹 지지체 기반 SOFC는 기계적 취약성으로 인한 신뢰성 저하 및 높은 제조원가로 상업화에 어려움이 있음. 본 연구에서는 다공질 금속지지체 제조와 함께 저온 전해질/전극 공정 기술을 이용하여 셀 제조중 금속 지지체의 열화를 최소화하여 고성능의 금속 지지형 SOFC를 개발함.

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 다공성 금속지지체/음극 구조체 tape-casting 및 소결 기술 확보
  • 다공성 금속 지지체 상에 대면적 전해질 코팅 기술 확보
  • 다공성 Fe-Cr계 금속지지체 기반 셀 최대출력 0.82W/cm2 @750oC 달성
금속지지형 SOFC 전해질 코팅 및 셀 단면 미세구조 / 셀 출력특성 분석
  • 2014년 국제 논문 3편 (SCI 2편) 게재, 국제학회 발표 3편 (초청강연2건), 국내학회 발표 2편
  • 2014년 국내특허 1건 출원, 2건 등록

나노구조 자기-전기 복합 재료의 다차원 구조 제어

[과제 소개]

  • 센서 및 하베스터용 자기-전기(magneto-electric, ME) 재료 개발을 위한 기초연구로서, ME 효과의 극대화를 위한 단일상 다강체 나노구조 박막의 신조성 개발, 압전-자왜 재료 복합체와 박막의 계면 커플링 최적화, ME 복합체 소재의 주파수 및 방향 응답성 연구.

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 압전 단결정의 배향 제어된 Single Crystal Fiber Composite (SFC)의 개발
    • 가혹 환경하에서의 엑츄에이터 및 센서 적용을 위한 단결정 섬유 복합체 개발
    • 거대 전계유기 변형 거동 및 우수한 감응 특성 구현
  • SFC를 이용한 저주파 에너지 하베스터 개발
    • Ni 자왜 금속과의 복합화를 통한 자기-전기 복합체 (ME Composite) 개발
    • 자기장, 기계적 진동 동시 구동 에너지 하베스팅으로 10배 이상의 우수한 하베스팅 출력 발생
    • 폐자기장 활용 에너지 하베스터 평가 진행
압전 단결정 배향을 제어 SFC이용 ME 복합체 및 복합 에너지 하베스팅 평가 특성
  • 2014년 SCI 논문 5편 게재, 국제학회 발표 4편 (초청강연 1편)
  • 2014년 국내특허 2건 출원, 3건 등록

향후 연구계획

  • 고출력 전자부품소자의 신뢰성 향상을 위한 미래형 열관리 융복합 소재 기술 개발
  • 압전 단결정 배향을 이용한 MFC 복합체/ME 복합체를 이용한 에너지 하베스팅 특성향상 연구
  • SOFC 용 전극 및 전해질의 고효율화/대면적화 연구
  • 기능성 의료 부품용 생체적합성 소재 및 약물전달코팅 기술의 상용화
  • 열전효과/전기열량효과/자기열량효과의 융복합화를 통한 새로운 냉각기술 및 소재 연구
  • 국제협력(Fraunhofer, Virginia Tech. 등), 학연간 협력연구를 통한 에너지소재의 고성능화 연구