복합 섬유, 이를 포함하는 고체 전해질, 및 이를 포함하는 금속 공기 전지

TEMPO 산화 섬유와 4급 질소 섬유를 가교한 바이오 셀룰로오스 고체 전해질

본 기술은 박테리아 셀룰로오스(BC)에 키토산을 결합한 베이스 섬유를 활용해, 표면이 산화된 제1 복합 섬유와 질소 함유 기능기가 결합된 제2 복합 섬유를 가교시킴으로써 이온 전도도와 기계적 안정성을 함께 끌어올린 고체 전해질 기술입니다.

기존 금속-공기 전지용 전해질은 이온 전도도가 낮고 수명이 짧으며 덴드라이트가 성장하는 문제가 있었습니다. 특히 플렉시블 환경에서는 기계적으로 불안정해지는 한계가 존재했습니다.

본 기술은 TEMPO로 표면 산화되어 OH 이온 이동을 돕는 섬유와, Quaternary N 구조의 질소 기능기가 결합되어 열적 안정성과 이온 교환능을 높인 섬유를 30~70wt% 비율로 혼합·가교하여 네트워크 구조의 멤브레인을 이루도록 구성됩니다. 아연-공기 전지, 웨어러블 기기용 플렉시블 전원, 친환경 소재 기반 일회용 센서 전원 등에 적용될 수 있어 구부림이 반복되는 환경에서도 전해질막이 찢어지거나 덴드라이트에 뚫리는 위험을 줄일 수 있습니다.

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Key Features:

• 박테리아 셀룰로오스와 박테리아 셀룰로오스에 결합된 키토산을 함께 갖는 베이스 복합 섬유
• 베이스 복합 섬유의 표면이 산화되어 30wt% 초과 70wt% 미만 비율로 포함되는 제1 복합 섬유
• 베이스 복합 섬유의 표면이 질소를 갖는 제1 기능기와 결합되어 이루어진 제2 복합 섬유
• 제1 복합 섬유와 제2 복합 섬유가 서로 가교 결합되어 형성되는 고체 전해질

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본 발명은 과학기술정보통신부의 유기계 Superionic Plastic Crystal 신물질 설계를 통한 고 에너지밀도의 soft materials platform개발 지원을 통해 개발되었습니다.

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