3차원 전극 구조 해석을 통한 전고체전지 특성 분석

Abstract

전고체전지는 전극내 활물질과 전해질이 모두 고체로 되어 있어, 원활한 전기화학반응이 일어나기 위해서는 활물질/전해질 간 넓은 접촉면적 확보뿐만 아니라 원활한 전기 및 이온전도 채널을 형성시키는 것이 중요하다. 이를 위해, 전고체전극 내부를 3차원 구조 해석하는 것이 효율적이나, FIB-SEM으로 여러장의 전극 단면을 얻어내어3D Reconstruction하거나 Nano-CT를 이용하는 실험적 방법은 시간이 많이 소요되고 장비의 접근성에 한계가 있다. 따라서, 본 발표에서는 GeoDict란 3D 구조 형성 및 해석 시뮬레이션 Tool과 Comsol Multiphysics란 전지 모델링 및 시뮬레이션 Tool를 이용한 3차원 전극 구조 해석 기법을 소개하고자 한다. GeoDict를 이용하여 전고체전극 구조를 형성하고, 전극 설계 (조성, 전해질 형상 등)에 따른 활물질/전해질 접촉면적, 유효전기전도도, 유효이온전도도 등의 물리적 인자를 도출하며, 이를 이용한 전기화학적 성능을 예측하는 과정을 상세히 설명한다. 이를 통해, 활물질 및 전해질 조성, 전해질 형상, 바인더 분포에 따른 전고체전극의 성능을 예측하고 최적 설계 조건을 제시하는 방법론을 제시한다.