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이온액체와 나노 상 분리구조를 가진 고분자 전해질의 이온전도성에 미치는 영향

전문가 제언: ○ 현재, 주로 이차전지의 전해질로는 유기용매를 주성분으로 한 액체전해질이 사용되고 있지만 이들 액체전해질은 액 누출에 의한 발화 위험이 있어 전극 간에 분리대가 필요하다. 이로 인해 중량당 또는 체적당 전기용량은 낮아지게 되어 전지의 소형화가 곤란하다는 문제가 있다.

○ 특히, 성능향상과 함께 안전성의 제고나 소형화의 관점에서 고체전해질이 주목되고 있다. 그러나 전해질의 고체화는 운동성의 저하를 의미하며 고체이면서 고이온전도성을 유지하는 전해질의 설계가 중요하다. 이 연구에서는 매트릭스로서 나노레벨의 상 분리구조를 형성하는 블록공중합체를 이용하였다. 이온원로는 구조 디자인이 가능한 이온액체를 이용하는 것으로 목적상에 이온을 고밀도로 선택 배치시킨 고체 고분자 전해질(solid polymer electrolyte)을 시제품으로 만들었다.

○ 고체 고분자전해질의 매트릭스로서 30㎚ 정도의 라메라구조를 형성한 p(MMA-b-nBA-b-MMA)를 이용하고 첨가하는 이온원으로서 이미다졸리움형 이온액체를 이용하였다. 예를 들면, 이 블록공중합체에다 알킬사슬이 가장 긴 [C10MIm][TFSI]를 첨가함으로써 Tg가 낮은 p(nBA) 상에 이온이 선택 배치됨으로써 높은 이온전도도를 보여준다.

○ 이러한 점으로 첨가하는 이온액체의 구조를 억제함으로써 매트릭스를 구성하는 폴리머의 운동성이 높은 상에다 이온을 선택 배치시키는 것이 효율적인 이온수송을 행하기 위해 고체전해질의 설계에 유효하였다.

○ 한국의 리튬 이차전지의 경우, 삼성SDI, LG화학 등의 제조기술은 세계 수준의 기술력을 보유하고 있으나 이와 관련 원천기술 및 핵심 부품기술은 선진국에 비해 상대적으로 다소 미흡하다. 이에 대응책으로 새로운 전극활물질 또는 대체물질, 전도체, 고체폴리머 전해질 등의 기술 개발을 위한 산학연에 전문 벤처기업도 포함한 정부의 중장기 지원책 마련이 필요하다. 최근에 서울대학 강기석 교수팀은 이산화황 기체를 도입해 기존의 리튬-산소전지보다 우수한 성능의 리튬-이산화황 이차전지를 개발한 연구 성과를 Angewandte Chem. Int. Ed. 54(33) pp. 9724(2015. 8. 10)에 표지논문으로 채택, 게재되었다.

저자: Yuya HARADA, et al.
자료유형: 니즈학술정보