프리원

Technology

배터리 성능을 경정하는 고기능성 소재

해수전지

Seawater battery
PLP

Plasma in Liquid Process
TMI-Zero Method

Transition Metal Impurities

PLP

Plasma in Liquid Process

용액 중에 발생시키는
플라즈마
간단한 장치 구성
용액의 분해 및 재조합,
전극물질 등을 통한
나노물질 합성
Platform 공정

해수전지

Seawater battery

CHARGING/
DISCHARGING
KEY ADVANTAGES
파우치셀

TMI-Zero Method

Transition Metal Impuritie

세계 최초무정제 공정
세계 최초촉매 불순물 0 ppm
저온공정(under 600°C)
저비용 친환경 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 존재하는 여러 금속을 플라즈마 환원해 금속나노입자 및 금속나노 잉크 형성

탄소-금속 나노 복합체의 합성 - 금속나노입자가 담지 또는 결합된 탄소나노소재의 합성

탄소소재의 표면처리 - CNT 등의 탄소 소재 표면에 Functional group 수식에 의한 표면처리

CHARGING / DISCHARGING

해수를 전해질로 사용하여 해수의 나트륨이온(Na+)과
물을 이용해 전기에너지를 저장하는 장치

CHARGING

충전 시 해수에 있는 나트륨 활용
해수 속에 있는 OH-(수산화이온)이 O2, H2O를
만들어내면서 전자(e-)가 분리(OER)
생성된 나트륨 이온은 전해액을 통해 음극으로 이동
설치된 전선을 통해 전자(e-) 이동

DISCHARGING

음극에 존재하는 나트륨에서
산화가 일어나 이온(Na+)상태와 전자(e-)로 발생
나트륨 이온(Na+)은 전해액을 통해 양극(해수)으로 이동
전자(e-)는 회로를 통해 양극으로 이동하여 전류를 형성
양극에서는 나트륨 이온(Na+),
전자(e-)와 해수의 용존산소(O2)와
H2O의 합성으로 수산화나트륨(NaOH) 발생(ORR)

KEY ADVANTAGES

친환경

바닷물 기반, 환경 오염 최소화
저비용

희귀 금속 대체, 원가 절감
고안전성

화재 · 폭발 위험 낮음
대용량 저장

장시간 · 대규모 에너지 저장 가능

파우치셀

2세대 고분자 분리막

형태 변형이 쉽고 다양한 디자인이 가능한 FLEXIBLE 고분자 복합소재 요구
해수전지용 음극소재

고용량과 장기안정성을 가지는 해수전지용 음극소재 - 에너지 저장 및 해수 담수화 능력 극대화
양면 전극 구조

전극 양면을 모두 활성층으로 활용하여 에너지 저장 용량을 극대화

생산성 증대

Roll to Roll 기술을 도입하여 신속한 제품생산 가능
일정한 두께

일정한 압력으로 재료의 일정한 두께 유지가능
연속처리

Roll을 이용해 연속적인 처리가능, 대량 생산 최적화
결합력 증대

여러 층의 재료 결합 시, 압축을 통해 강한 결합력 형성

세계최초

무정제 공정

프리원 공정은 Fe, Co, Ni, Mo 등의
전이금속 촉매를 사용하지 않음
촉매 정제를 위한
지재권이 더이상 필요하지 않음

무정제 공정이므로
촉매 정제를 위하여 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

세계최초

촉매 불순물 0 ppm

전이금속 촉매를 사용하지 않아
촉매로 인한 불순물 함량이 0 ppm
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

Materials

배터리 성능을 결정하는 고기능성 소재

유·무기 복합 분리막

Enhanced Safety
SIB Anode

High Performance
Carbon Nano Tube

High Conductivity
Nano Silicon

High Capacity

유·무기 복합 분리막

Enhanced Safety

Hybrid Membrane

기존 NASICON
분리막의 한계
- 낮은 기계적 안정성
- 전기화학적 성능 제한
→ 차세대 분리막 기술 필요
성능 개선 포인트

두께 약 80% 수준으로 감소
- 유연성 개선
- 스택 저항 감소
→ 전지 효율 향상
핵심 기술 요소
- 충전 과정에서 Na+ 선택도 유지
- 기존 성능은 보다 높으면서
  안정성 향상
기술적 의의
- 1세대 분리막의 구조·성능 한계 극복
- Na+ 선택성 + 안정성
- 생산성 향상 및 차세대
  해수전지 적용 가능

기존(1세대) 해수전지
2세대 해수전지

Hybrid Membrane

기존 분리막 대비 두께 80% 감소
저항 감소 및 전극-촉매 접합 구간의 균질성 확보
계면저항 최소화

양극 내 물 이동은 배제하고 Na+의 선택적 이동이 가능한 유·무기 복합분리막 원천기술 개발

Hybrid Membrane

1) 셀 저항 감소 2) 성능 향상 3) 안전성 향상을 나타낸 그래프 3종

MEA 접목을 통해 나트륨 이온의 경로 최소화
셀 저항을 낮추고 성능과 안정성을 높임
Roll to Roll의 도입으로 연속적이며, 신속한 제품 생산 가능
일정한 압력으로 두께 유지 가능, 따라서 안정적 성능 확보 가능

MEA & Cell Structure

셀 분해도 - Double-side electrode, Insulator, Pouch film, Separator, Sealing areas

Double-side electrode 구조

Double-side electrode 구조를 활용한 높은 에너지밀도 구현
파우치 필름과 분리막의 접착 및 실링 구조

수분의 침투를 막는 프리원만의 접착 실링 구조 완성

PBA Surface Technology

SURFACE MODIFICATION OF PRUSSIAN BLUE ANALOGUE (PBA) NANOPARTICLES

PBA 나노입자의 표면 개질 과정 - 불용성 PBA 고체에서 알킬아민 개질, [Fe(CN)6]4- 개질을 거쳐 물 분산성 PBA 와 n-부탄올 분산성 하이브리드 PBA 로

PBA의 다공성 격자 구조와 표면 개질을 통해 Na+ 선택성과 이온전도도를 제어합니다.

PBA Surface Technology

NASICON + Porous Cathode
PBA Membrane + Porous Cathode

Selective Na+ Transport
Fast Ion Path
Low Interfacial Resistance

Performance Comparison

높은 비표면적으로 출력 특성이
높아 ESS에 적합
고용량 및 높은 수명 안정성으로
전력 효율이 뛰어남
높은 전류밀도에서 용량 유지 및
뛰어난 안정성으로
다양한 응용 분야에 사용될 수 있음

1세대 해수전지에 사용되는 Hard Carbon과 비교
개발된 PRIONE 음극재를 사용하여 1세대 해수전지에 사용되는 Hard Carbon의 문제점 개선(낮은 출력 특성 및 용량)
1세대 해수전지에 사용되는 NASICON 분리막을 개발 중인 고분자 분리막으로 대체하여 높은 이온전도성을 가지며 양산 시에 문제가 되는 물리적 강도를 보강

SIB Anode

High Performance

Performance Advantages

높은 비표면적

풍부한 활성 반응 면적을 확보하여
우수한 전기화학적 성능을 제공합니다.
안정적인 충·방전 특성

높은 초기 효율(ICE)과
우수한 사이클 특성으로
장기간 안정적인 배터리 성능을 유지합니다.
우수한 기공 구조

균일한 기공 분포를 통해 Na+
이온의 이동을 원활하게 하여 빠른
충·방전과 높은 출력 특성을 구현합니다.
차세대 나트륨 이온전지 적용

ESS, 전력 저장 시스템, 산업용 에너지
저장 장치 등 다양한 Sodium-ion Battery
분야에 적용 가능합니다.

HC Series

Standard
Hard Carbon

기본 Hard Carbon 기반의 음극재로 우수한 전기화학적 특성과
안정적인 충·방전 성능을 제공합니다.
다양한 Sodium-ion Battery 시스템에 적용 가능한 표준 제품군입니다.

Stable Cycle Performance
High Carbon Purity
Optimized Particle Size

Hard Carbon 음극재 분말과 질소·황·인이 도핑된 탄소 구조에서 나트륨 이온이 이동하는 모습

HC-380 Series

High Capacity
SIB Anode

약 650 mAh/g의 고용량 특성과 보다 높은 에너지 밀도를 구현한 음극재
LIB를 이용한 고성능 전자기기 등에 필요한 차세대 Sodium-ion Battery에 적합합니다.

High Capacity
Optimized Carbon Structure
Long Cycle Life

PLP 공정 이용, Hetero atom을 쉽고 균일하게 도핑, 타사 대비 높은 표면적

TEM

Mesopore,
macropore
확인
RAMAN
XRD

S,N Peak 확인
BET
- Surface area : 2.3336 m²/g
- Total pore : 1.0117 cm²/g
- BJH(meso) Desorption : 1.5684 m²/g

Capacity(1A/g)

640 mAh/g
1 Cycle Capacity
- 충전: 695 mAh/g
- 방전: 646 mAh/g
- ICE : 92.8 %

Performance Comparison

사이클 수에 따른 용량과 쿨롱 효율 그래프 - Mass loading 2 mg/cm2, 650~710 mAh/g (3C)

하드카본(1C에서 320 mAh/g) 대비, PRIONE 음극 소재(3C에서 695 mAh/g)는 2배 이상의 비가역 용량을 나타냅니다. 또한 초기 쿨롱 효율(ICE)은 약 92~93% 수준이며, 5C의 고율에서도 약 550 mAh/g의 높은 용량을 유지합니다.

온도별 충·방전 곡선 - 0도, 0.5C, 1.0C — [Rate Capacity]

C-Rate 별 용량 비교 그래프 - PRIONE 음극재와 타사 Hard Carbon — [C-Rate]

Performance Comparison

에너지 밀도 비교 막대그래프 - 타사 Hard Carbon 나트륨 이온 배터리 175 Wh/kg, PRiONE 나트륨 이온 배터리 190 Wh/kg, LFP 배터리 200 Wh/kg

더 높은 에너지 밀도

동일 전압 약 8% 향상
작은 부피로 더 많은 에너지 저장

음극 로딩 감소

동일 용량 유지 시 음극 사용량 감소
셀 전체 무게 및 부피 감소

배터리 성능 향상

충·방전 효율성 증가
시스템 효율 및 경쟁력 강화

약 550 mAh/g 용량의 PRiONE 음극을 적용한 나트륨 이온 배터리 셀 제조 시,
음극 로딩 감소로 인해 에너지 밀도가 약 8%(≈15 Wh/kg) 향상됩니다

Carbon Nano Tube

High Conductivity

CNT

Diameter

20~40nm
Length

5~10um
Purity

>99wt%

Specific surface area

>40m²/g
I.C.E(initial coulombic efficiency)

87.2%

CNT

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

CNT

CNT 제조 공정 비교 - 일반 공정은 제조 조건, 환원 처리, 산 처리, 제품화를 거치지만 프리원의 SPECIAL PROCESS 는 환원 처리와 산 처리 없이 바로 분산으로 간다

CNT

알칼리 금속을 이용한 저가 탄소나노튜브(CNT) 제조 기술

기존 CNT 제조 기술
1. Fe, Ni, Co 등 유기금속화합물을 촉매 금속으로 사용
  
  매장량이 한정되어 있어 고가의 비용 발생
  (Ni 기준 $14000/ton)
2. 황산, 질산 등 산수용액으로 산 처리하는 공정 필요
  
  작업의 안정성 문제, 오염물의 처리 문제,
  고가의 비용 발생
개발 CNT 제조 기술
1. 물에 녹는 알칼리 금속(Na, K 등)을 촉매 금속으로 사용
  
  가격이 저렴하며, 해수에서 무한으로 추출 가능
  (Na 기준 $150/ton)
2. 산 처리하는 공정 불필요 공정 Cost Down
  
  ‘고부가가치’ CNT 제조 가능

CNT

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 핵심적 단점인 고가의 환원제,
지지체 담지 및 제거에 따른 비연속공정의 고비용 제조공정 극복한 혁신적 공정
제품이 받는 데미지가 낮아 성능 우수

CNT