PRIONE

Technology

Materials

Technology

TMI-Zero Method

(Transition Metal Impurities)
PLP

(Plasma in Liquid Process)

TMI-Zero Method

(Transition Metal Impurities)

- 세계 최초
  무정제 공정
- 세계 최초
  촉매 불순물 0 ppm
- 저온공정(under 600°C)
- 저비용 친환경 공정

세계 최초

무정제 공정

프리원 공정은 Fe, Co, Ni, Mo 등의
전이금속 촉매를 사용하지 않음
촉매 정제를 위한
지재권이 더이상 필요하지 않음
무정제 공정이므로
촉매 정제를 위하 여 할로겐 가스를 사용하는
고온 반응로가 필요하지 않음
고농도 산처리 또한 요구되지 않아
환경비용이 발생하지 않음
정제를 하지 않으므로
합성된 CNT의 화학적 구조적
damage가 발생하지 않음

세계 최초

촉매 불순물 0 ppm

전이금속 촉매를 사용하지 않아
촉매로 인한 불순물 함량이 0 ppm
프리원의 특수 촉매는
공정과정에서 0 ppm으로 제거 가능
배터리용 도전재로 사용 시
프리원 특수 촉매는 잔유물로 남아 있을수록
오히려 배터리 성능 향상에 크게 기여

Under 600°C

저온공정

저온 공정의 장점은
낮은 전력소모에 의한 low cost
Reaction zone의 온도구배차가 크지 않아
균일한 품질의 생산이 가능
질소 등의 hetero atom doping시
저온공정이므로 doping양을 고온공정보다 크게 증가시켜
고기능성 CNT의 제조가 가능

저비용 친환경 공정

프리원 촉매는 일반적인 CNT 촉매인 Ferrocene 보다
전구체 가격이 1/20 (Sigma Aldrich 기준)로 매우 저렴
기존 CNT공정에 쓰이는 Thiophene 등의
고가 chemical이 추가로 필요 없으며,
오로지 프리원 촉매와 탄소 전구체만 필요
탄소전구체 역시 매우 저가의 전구체를 사용하여
전체 생산 비용이 크게 절감되고, 반응온도 또한
일반 CNT 합성 온도보다 훨씬 낮아 생산전력도 적게 소모
정제공정이 생략되어 정제비용이 발생되지 않으며
따라서 환경비용도 발생하지 않음

PLP

Plasma in Liquid Process

용액 중에 발생시키는
플라즈마
간단한 장치 구성

용액의 분해 및 재조합,
전극물질 등을 통한
나노물질 합성
Platform 공정

용액 중에 발생시키는 플라즈마

상온 대기압의 용액 중에서 플라즈마 발생

간단한 장치 구성

전원, 전극, 용액, 반응기로만 구성

용액의 분해 및 재조합,
전극물질 등을 통한 나노물질 합성

모든 용매, 용질, 플라즈마를 일으키는데 필요한 전극와이어의
분해 및 재조합을 통한 다양한 나노 물질을 합성

ex. 용액 중 녹아있는 백금이온을
플라즈마에서 발생하는 수소라디컬로
환원하여 백금 나노입자를 합성
ex. 유기용매의 분해 및 재조합을 통한
탄소나노물질의 합성
ex. 전극와이어의 sputtering에 의한
금속나노입자의 손쉬운 합성

Platform 공정

PLP공정 하나로 다양한 소재의 합성이 가능한 Platform 공정

탄소
나노소재의
합성

카본 블랙, Heteroatom doped 카본 블랙

탄소나노 시트, , Heteroatom doped 탄소나노 시트

금속
나노소재의
합성

용액 중 이온으로 존재가능 한 모든 금속의
플라즈마 환원에 의한 금속나노입자 및 금속나노 잉크 합성

전극 와이어로 성형 가능한 모든 금속의
sputtering에 의한 금속나노입자 및 금속나노 잉크 합성

탄소-금속
나노 복합체의
합성

금속나노입자가 담지 또는
캡슐화된 탄소소재의 합성

탄소소재의
표면처리

CNT 등의 탄소 소재 표면에
Functional group 수식에 의한 분산처리

Materials

Functionality Carbon black
- Hetero atom-CB
  
  Phosphorus
  
  Sulfur
  
  Nitrogen
- Metal-CB
  
  Platinum
  
  Tin
- Silicon-CB
Carbon Nano Tube
- CNT
  
  T-CNT
  
  A-CNT
- CNT-CB
  
  CB-CNT
  
  CB-CNF
Nano Silicon
- Silicon

Functionality Carbon black

Hetero atom-CB

TEM image of the
synthesized material

Spherical particles are ring-shaped

Forms a channel through which sodium ions can be transported
EDS mapping of the
synthesized material

Even distribution of C, S and N elements in the carbon matrix

Superior

Capacity Retention

출력 특성

100A에서 110mAh/g의 가역용량 달성

고출력 기기에 적합

High initial

Coulombic Efficiency

첫 사이클 쿨롱효율

LiB에서 상용화 조건 : 80% 이상

SiB에서 일반적으로 보고되는 수준 : 40~50%

SiB세계최고수준 : 60~70%

Ultrahigh

Cycling Performance

수명 특성

5,000 cycles at 100 A/g

초 고전류에서 5천 싸이클 이상의 수명 달성

나트륨이온전지
특장점

리튬이온전지와 완전히 동일한 chemistry로 작동

기존 생산라인을 그대로 활용 가능

동박이 아닌 알루미늄박을 Anode에도 사용이 가능하여

단가가 더 저렴해 짐

리튬 이온 전지
나트륨 이온 전지

해수전지

충전 시 해수의 나트륨 이온을 추출해 이를 음극으로

저장, 방전 시 물을 양극 삼아 반응시켜 전기를 생산

해수전지
FULL CELL TEST

10A/g의 초고전류에서도 150mAh/g의 고용량은 물론
1500 Cycles의 수명특성을 발휘

해수 전지 활용 가능성 확인

개발된 공정기술을 활용, 용매와 용질을 교체하는 것만으로 연료전지, 포타슘 이온전지 등 다른 에너지 소재 개발로 활용가능

Functionality Carbon black

Metal-CB

TEM image of the
synthesized material
EDS mapping of the
synthesized material

Functionality Carbon black

Silicon-CB

TEM image of the
synthesized material
EDS mapping of the
synthesized material

리튬이차전지
활물질 내 실리콘의 포함 비율 : 약 3~5%
탄소-실리콘 소재 : 도전재(+활물질)

일반적인 비율
활물질 : 도전재 : 바인더 = 80 : 10 : 10

기본 도전재 역할을 하고 있으며 기존 비율로도 용량 상승 효과

특수 비율
활물질 : 도전재 : 바인더 = ex) (60~80) : (10~30) : 10

기본 도전재 역할 + 활물질 역할이 가능하므로 도전재 함량 변화에 따라
안정된 싸이클링 성능과 가역용량 상승 효과

Best

Capacity Retention

가역용량 (음극재 적용)

첫 사이클 쿨롱효율 : 55% 이상

1C(372mAh/g)기준 : 600mAh/g

Best

Capacity Retention

가역용량 (도전재 적용)

첫 사이클 쿨롱효율 : 70% 이상

1C(372mAh/g)기준 : 360mAh/g

Carbon Nano Tube

CNT

- Diameter
  
  20~40nm
- Length
  
  5~10um
- Purity
  
  >99wt%
- Specific surface area
  
  >40m²/g
- I.C.E (initial coulombic efficiency)
  
  87.2%

탄소나노튜브
EDS 매핑 시 Silicon과 C의 양호한 분산 확인

해당 합성물을 도전재로 적용 시 효율을 극대화 할 수 있음

우수한 기계적 특성, 전기적 선택성, 전계 방출 특성, 고효율의 수소 저장 매체 특성을
지니고 있어 현재 다양한 산업에서 각광받고 있는 신소재

알칼리 금속을 이용한 저가 탄소나노튜브(CNT) 제조 기술

기존 CNT 제조 기술

01 Fe, Ni, Co 등 유기금속화합물을 촉매 금속으로 사용

매장량이 한정되어 있어 고가의 비용 발생
(Ni 기준 $14000/ton)

02 황산, 질산 등 산수용액으로 산 처리하는 공정 필요

작업의 안정성 문제, 오염물의 처리 문제,
고가의 비용 발생
개발 CNT 제조 기술

01 물에 녹는 알칼리 금속(Na, K 등)을 촉매 금속으로 사용

가격이 저렴하며, 해수에서 무한으로 추출 가능
(Na 기준 $150/ton)

02 산 처리하는 공정 불필요 공정 Cost Down

‘고부가가치’ CNT 제조 가능

대상기술 (기술성)
용액 중 염화나트륨 수용액을 응용하여 나노입자로 만들어 이를
고온의 열처리 반응로에 분무, 연속적인 MWCNT로 성장
전이금속이 없어 폭발, 화재 등에 안정성을 가짐

현재 주요 양산화 공법인 유동층 반응법의 핵신적 단점인 고가의 환원제,
지지체 담지 및 제거에 따른 비연속공정의 고비용 제조공정 극복한 혁신적 공정 제품이 받는 데미지가 낮아 성능 우수

활물질 양 ↑, 배터리 용량 ↑

카본 블랙 대비 에너지 밀도 5배, 전도도 10% 이상

배터리 충전시간 감소

Nano Silicon

Silicon

TEM image of the
synthesized material
EDS mapping of the
synthesized material

높은 성능 : 높은 순도와 작은 입자 사이즈

일반적인 Nano Si Powder : 평균입경이 50~100nm

프리원 Nano Si Powder : 평균입경 20nm 이하