고분자 내부 전해질 전도성이 높은 고체 리튬 이온 배터리에 대한 새로운 획기적인 발전

연구자들은 고체 리튬 이온 배터리의 광범위한 사용에 한 발 더 가까워질 수 있는 획기적인 고체 전해질을 개발했습니다. 기존에 배터리는 전극 간에 전하를 운반하기 위해 액체 전해질을 사용해왔습니다. 그러나 안전성과 더 높은 에너지 밀도의 잠재력으로 인해 고체 대안이 오랫동안 연구되어 왔습니다.

1970년대에는 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 기반의 고체 고분자 전해질이 도입되었으며, 액체 전해질과 비교하여 안전성이 향상되었습니다. 그러나 이들은 상온에서의 이온 전도성이 낮아 실용성이 제한되었습니다. 최근 개발된 다른 “고체 상태” 전해질들은 실제로 겔을 함유하고 있어 진정한 고체 상태의 능력이 제한됩니다.

PNAS Nexus 저널에 게재된 새 연구에서는 Quanfeng Dong 연구원과 그의 팀이 특이한 성질을 가진 내부 고분자 전해질(IPE)을 설계하고 합성했습니다. 이 내부 고분자 전해질은 1,3-디옥소란(DOL)과 펜타에리트리톨 글리시딜 에테르(PEG)로 이루어진 가교된 고분자로서 삼차원 매쉬 구조를 형성합니다. 이 내부 고분자 전해질은 상온에서 최대 0.49 밀리시멘트/cm의 이온 전도성을 나타내며, PEO의 전도성을 능가합니다. 이 전해질의 리튬 이온 이동 숫자는 최대 0.85까지 달성할 수 있습니다. 또한 이 내부 고분자 전해질을 사용한 배터리는 300회 충방전 주기 후에도 저장 용량의 90% 이상을 유지합니다.

연구자들은 이 고분자 내부 전해질의 고전도성이 고에너지 밀도를 가진 전기 차량과 재생 에너지 저장을 포함한 다양한 산업과 응용 분야에서의 차세대 고에너지 밀도 고체 리튬 이온 배터리 개발에 큰 유망성을 가지고 있다고 믿습니다.

출처: PNAS Nexus (DOI: 10.1093/pnasnexus/pgad263)