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| | ===개발 과제의 개요=== | | ===개발 과제의 개요=== |
| | ====개발 과제 요약==== | | ====개발 과제 요약==== |
| − | ◇ 분자량이 600K인 poly(ethylene oxide) (PEO)와 acrylate, amine, carboxylic acid 등을 사용하여 semi-interpenetrating polymer network 구조의 고분자 필름을 제작한다.
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| − | ◇ PEO 구조가 갖고 있는 낮은 온도에서의 필름성 붕괴, LIB용 전해액에 대한 용해성, 낮은 인장 강도 등의 문제를 해결해 나갈 수 있는 연구 방향을 모색한다.
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| − | ◇ 기존의 낮은 Tm으로 인한 열적 불안정성을 개선하는 방안을 모색한다.
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| − | ◇ Cellulose separator에 고분자 용액을 함침하여 기계적 물성을 향상한다.
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| − | ◇ DSC를 이용한 Physical Properties를 분석한다.
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| | ====개발 과제의 배경==== | | ====개발 과제의 배경==== |
| − | ◇ 고체 전해질을 사용한 리튬이온전지는 기존의 액체 전해질을 사용한 이차전지와 달리 외부 충격으로 인한 누수 위험이 없고, 그 소재가 고체이기 때문에 분리막의 역할을 수행할 수 있어 전지의 에너지 밀도를 높일 수 있다.
| + | 내용 |
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| − | ◇ 고체 전해질 중에서도 Solid Polymer Electrolytes (SPEs)는 뛰어난 가공성과 경제적 이점을 가지고 있어 연구가 활발히 이루어지고 있다.
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| − | ◇ Polyethylene Oxide (PEO) 구조는 리튬이온염과의 친화성이 높아 이온 전도성 고분자로 연구되고 있는 대표적인 화학구조이다. 그러나 낮은 온도에서의 필름성 붕괴, 전해액에 대한 용해성, 낮은 인장 강도 등의 문제를 가지고 있어 추가적인 연구가 필요하다.
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| − | [[파일:Example.jpg]]
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| − | 리튬 이온 배터리에서 가장 일반적으로 사용되는 고체 고분자 전해질은 PEO이다. PEO는 ether group이 Li+의 이동을 촉진하는 역할을 한다. PEO는 선형 사슬과 가지 구조를 모두 가질 수 있으며, 가지 구조를 통해 자유 부피가 증가하면 동일한 분자량의 선형 사슬에 비해 이온 전도도가 높아질 수 있다. 필름 제작에서 또한 고려해야 하는 부분은 유리전이온도(Tg), 결정화온도(Tc), 및 녹는점(Tm)이다. 일반적으로 폴리머 사슬의 backbone이 유연할수록 유동성이 증가하여 Tg와 Tm이 낮아진다. PEO는 상온에서 결정성을 가져 제작 과정 중 결정화로 인해 얇고 균일한 필름을 제조하는 데 어려움이 있을 수 있다. 필름에서 결정화가 발생하면 이온 전도도와 안정성이 감소할 수 있으므로, 필름이 amorphous 구조를 유지하는 것이 중요하다. PEO의 Tm은 66-70 ℃이므로 LIB에 적용하기 위해서는 사용온도범위 내 Tm이 포함되지 않도록 해야 한다.
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| − | DSC(Differential Scanning Calorimetry) 분석은 시료 물질과 기준 물질에 동일한 온도 프로그램을 적용해 열용량의 차이를 정량적으로 측정하는 기법이다. DSC 분석 결과에서 Tm 구간 이후 Tc 구간에 도달했을 때 결정화가 억제되고, amorphous 구조가 유지되는 것이 이상적이다.
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| − | 이번 연구에서는 분자량이 각각 200k 및 600k인 PEO를 사용하였다. 분자량에 따른 PEO의 리튬 이온 배터리에서의 성능 차이를 평가하기 위해 선행 연구 논문을 조사한 결과, PEO의 분자량이 증가할수록 이온 전도도는 높아지지만, 유연성이 감소할 수 있음을 확인하였다. 이러한 조사 결과를 바탕으로, 열적으로 안정하며 이온 전도도가 우수한 PEO 비율을 설정하고자 하며, DSC 분석을 통해 이를 확인하고자 한다. 또한 PEO-LiClO4 시스템의 고체 고분자 전해질에 셀룰로오스 나노결정을 첨가하여 기계적 특성을 향상시킨 선행연구를 바탕으로, 셀룰로오스 첨가를 통해 SPE의 물리적 특성을 보완할 수 있는 제작법을 알아볼 것이다.
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| | ====개발 과제의 목표 및 내용==== | | ====개발 과제의 목표 및 내용==== |
| | 내용 | | 내용 |
2024년 12월 4일 (수) 07:29 판
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : Semi-Interpenetrating 구조를 도입한 Poly(ethylene oxide) 기반 Solid Polymer Electrolyte의 성능 개선
영문 : Enhancement of Poly(ethylene oxide)-Based Solid Polymer Electrolyte Performance using Semi-Interpenetrating Polymer Network
과제 팀명
SPEL
지도교수
정철수 교수님
개발기간
2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 화학공학과 202**** 정**(팀장)
서울시립대학교 화학공학과 202**** 유**
서울시립대학교 화학공학과 202**** 유**
서울시립대학교 화학공학과 202**** 김**
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
내용
개발 과제의 배경
내용
개발 과제의 목표 및 내용
내용
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
내용
내용
내용
시장상황에 대한 분석
내용
내용
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
내용
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
내용
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
내용
구성원 및 추진체계
내용
설계
설계사양
제품의 요구사항
내용
설계 사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
내용
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
내용
향후계획
내용
특허 출원 내용
내용
