기능성고분자2조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 고분자 젤레이터 배열비교를 통한 고성능 고분자 젤 전해질 개발..

영문 : Effects of Gelator Configuration on Gel Polymer Electrolyte Performance..

과제 팀명

기능성고분자 2조

지도교수

문홍철 교수님

개발기간

2020년 9월 ~ 2020년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 화학공학부·과 20153400** 최*영 (팀장)

서울시립대학교 화학공학부·과 20153400** 이*영

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 디스플레이 등 전기화학적 디바이스의 급격한 발전에 따라 고분자 젤 전해질은 다양한 전기화학 디바이스에 포함되는 기본적인 물질로서 많은 개발이 진행되었다. 특히, 고분자 젤 전해질의 종류 중 하나인 이온젤은 높은 이온전도도와 기계적으로 강건하다는 장점과 더불어 기존 액체 전해질의 휘발성과 누액등의 문제를 극복한다는 점에서 차세대 웨어러블 전기화학 디바이스에 적용할 유망한 전해질로 평가받고 있다.

◇ 이온젤은 이온성액체와 고분자 젤레이터로 구성된다. 특히, 고분자 젤레이터의 물성은 이온젤의 성능에 영향을 많이 주기 때문에, 다른물질로 이루어지는 젤레이터나 다른 구조를 갖는 젤레이터의 개발이 많이 이루어지고 있다.

◇ 이에 근거하여, 본 과제에서는 고분자 젤레이터가 갖는 다른 형태의 배열이 이온젤 성능에 미치는 영향을 분석하고자 한다. 현재 블록공중합체와 랜덤공중합체는 가장 흔히 사용되고 있는 고분자 젤레이터이다. 특히, 스티렌과 알킬메타크릴레이트는 공중합체를 구성할 때, 흔히 쓰이는 모노머이기에, 본 연구에서는 PEMA-r-PS와 PEMA-b-PS을 통하여 고분자 배열에 따른 젤 전해질의 성능을 비교한다.

◇ 위 분석을 바탕으로 더 나은 성능을 갖는 고분자 젤 전해질의 배열을 확인할 것이며, 최종적으로 더 나은 기계적강도를 갖는 고분자 젤 전해질을 인장센서에 적용하는 것을 목표로하여 과제를 진행하였다.

개발 과제의 배경

◇ 액체 전해질은 높은 이온전도도와 전극과의 접촉성 등의 장점을 갖는다. 하지만, 핸드폰 배터리 폭발 등 기존 액체 전해질에서 끊임없이 제기되는 안정성에 대한 문제는 액체 전해질의 휘발성 및 누액문제와 크게 연관된다. 이러한 문제를 해결할 수 있는 고체 전해질 개발의 중요성이 강조되고 있다.

◇ 또한, 최근 인공지능이나 IoT분야와 같은 컴퓨터 및 로봇 산업의 급격한 발전에 따라 기존 쓰이던 딱딱한 물질로부터 부드러운 물질로의 패러다임의 전환이 일어나고 있다. 따라서, 신축성있고 변형가능한 젤상태인 이온 젤 전해질은 미래 산업에 적용될만한 전해질로 평가받고 있다.

◇ 따라서, 본 연구에서는 유망한 전해질인 이온 젤의 성능을 개선할 방안으로써 고분자의 배열을 제시한다. 배열에 따른 이온 젤을 비교하여 더 나은 성능을 갖는 젤 전해질을 개발하고자 한다.

◇ 본 연구개발은 고성능 젤 전해질을 개발함과 더불어 고분자 젤레이터의 배열에 따른 젤 전해질의 특성을 분석할 것이기 때문에, 미래 더 나은 성능의 고분자 젤레이터를 개발함에 방향을 제시할 수 있다.

개발 과제의 목표 및 내용

◇ 비교하고자 하는 두 종류의 고분자, 랜덤공중합체인 PEMA-r-PS와 블록공중합체인 PEMA-b-PS를 합성한다. 이때, 블록공중합체의 특징인 자가조립을 피하기 위해서, 낮은 분자량의 고분자를 합성한다. 또한, 배열에 따른 영향만을 비교하기 위하여 각 고분자의 분자량 ()과 구성물질의 조성을 유사한 수준으로 조절한다.

◇ 합성방법인 reversible addition-fragmentation chain-transfer (RAFT) 중합방법을 통해 재현성이 있으며, 합성 간 넣는 물질의 비율과 시간을 조절함으로써 분자량 (Mn)을 세밀히 조절한다. 

◇ 고분자 젤 전해질의 가장 중요한 특성인 기계적강도와 이온전도도를 측정함으로써, 더 나은 특성을 갖는 고분자 젤 전해질을 개발한다.

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

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용