일반기술

리튬 배터리와 연료 전지를 위한 고 전도 단일 이온 가교 폴리머

이 기술은 리튬 배터리와 연료전지 안에 membrane으로 사용되는 고 전도성 단일 이온 가교 comb-branched 폴리머 전극과 전기채색(electrochromic) 윈도우에 관한 것이다. 고체 폴리머 전해질 분리기는 리튬 배터리 안에서 일반적인 유기 용매 대신에 사용된다. 왜냐 하면 그것들이 비 휘발성이고 돌기의 성장을 막기 때문이다. 이 수지상 돌기는 리튬 금속 전극안에서 배터리의 작동에 방해를 주는 작은 금속의 눈송이 구조이다. 그리고 또하나의 고체 전해 분리기를 사용하는 이유는 그것이 매우 얇은 박막에 사용될 수 있어 배터리의 파워 성능이나 에너지 밀도를 개선하기 때문이다. 고체 폴리머 전해질은 단일 이온 폴리머 컨덕터의 개발에 의해 개선되었다. transference number가 1인 단일 이온 컨덕터는 음이온이 폴리머 comb과 공유결합을 하여 무력화되기 때문에 concentration gradients의 발전이 없어 낮은 충전 전압과 충전량의 손실이 있었다. 지금까지 리튬 단일 이온 폴리머 전도체는 저 전도성과 리튬에 반응성이 낮았고 저효율의 cathode 호환과 나쁜 프로세싱 특성을 일으키는 기계적인 딱딱함 등으로 어려움이 많았다. 본기술의 가교 폴리머 전해질은 trifluoromethylsulfonyl-methide과 슐폰산염 그리고 fluoroalkylsulfonate, 이미드 음이온에 기초하고 있어서 위의 제약을 극복할 수 있다. 하이드로포르밀화 반응(hydroformylation)제는 배터리 수명과 성능에 나쁜 영향을 미치는 반응 시약 없이 pre-polymer안에 알릴 에테르 그룹를 병합하기 위한 가교를 형성하는데 사용된다. 그 이유는 리튬친화 알릴 반응그룹이 가교로서 사용되고 리튬 전기 화학은 그룹중 몇 개가 반응하지 않고 남아 있다면 손상되지 않기 때문이다. 또한 폴리머는 준비하기 쉽고 폴리머는 용제 코팅과 양생(curing) 전에 extrusion 하는데 적당하다.이 가교 물질은 다른 가교 폴리머 보다 더 높은 리튬 이온 전도성을 가진다(10-5S/cm, 상온). 그리고 기계적 성질에 기인하는 돌기 성장을 억제한다. comb-branch 구조의 side chain은 폴리머가 효과적으로 전극 입자사이를 통과하고 높은 이온 이동성을 용이하게 하는 비정질 성질을 유지하는 동안 전극 면에 붙어 있기 위해 최대의 세그먼트 모션을 가능하게 한다. 이는 좋은 합성체 전극 구조의 준비에 있어서 문제점을 극복할 수 있는 힘을 준다.높은 리튬이온 전도성(상온에서 10-5S/cm)transference number가 1이다.깨끗한 이식성과 가교 화학은 반응 잔류물을 남기지 않는다.물질은 균일하고 재생산 가능한 기계적 성실과 전기 화학적으로 안정성을 보여준다.폴리머 backbone과 가교 밀도 그리고 유연성은 transport 와 기계적 성질을 조정한다.리튬의 이동성 문제에 대한 혁신적인 해결책으로 더 높은 전도성을 보장한다.쉽게 제조 할수 있다.