Functional Energy Material with Ion–conductible and Robust Structure for Enhanced Electrochemical Performance

Abstract

환경오염과 지구 온난화는 현대 사회의 심각한 문제로 자리 잡고 있다. 화석 연료의 소비를 줄이고 환경오염을 완화하기 위해 깨끗하고 지속 가능한 에너지 시스템의 개발은 전 세계적으로 중요한 전략 중 하나이다. 화학 에너지와 전기 에너지 사이의 높은 변환 효율로 인해 이차전지, 연료 전지 및 슈퍼커패시터와 같은 전기화학 에너지 저장 장치가 많은 주목을 받고 있다. 그중 유망한 후보로 꼽히고 있는 리튬이온 배터리와 슈퍼커패시터는 전 세계적으로 놀라운 속도로 개발되어 휴대용 전자 기기를 넘어 전기자동차, 선박, 중장비 등 다양하게 적용되고 있다. 현재 높은 에너지 밀도 및 고속 충·방전이 가능한 에너지 저장 장치 개발에 대한 요구가 높아지고 있는 추세이다. 따라서, 더 높은 용량을 나타내는 새로운 전극 재료 탐색이 본질적으로 중요하다. 에너지 저장 시스템의 전극은 활물질, 도전재, 바인더로 구성된다. 바인더는 소량으로 사용되지만, 에너지 저장 장치의 전극 사이에 상호 연결성과 접착력을 제공하기 때문에 전극의 필수 구성요소이며 사이클 안정성에 매우 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 가교 반응을 통해 견고한 구조를 갖는 기능성 고분자 바인더를 제작하였다. 제작된 기능성 바인더는 화학 구조의 물리적 안정성과 향상된 접착 성능을 제공하였으며 반복되는 충·방전 과정 동안 우수한 내구성과 전기화학적 특성을 나타내었다. 본 연구의 기능성 고분자 바인더는 현재 사용되는 상용 바인더보다 안정하고 우수한 성능을 보여주었다. 본 연구 결과는 소재 연구 개발의 중심이 될 것으로 기대된다.