고체 전해질 및 그 제조 방법

티오페늄-플루오로하이드로제네이트 결정상에 리튬염을 도핑한 고이온전도 고체 전해질

본 기술은 티오페늄(Thiophenium) 기반 양이온과 플루오로하이드로제네이트(Fluorohydrogenate) 기반 음이온을 결합하여 결정상 고체 전해질을 만들고, 리튬 염을 도핑하여 사방정계 결정 구조의 침입형 자리를 통해 리튬 이온의 이동성을 극대화하는 전해질 설계 기술입니다.

기존 액체 전해질은 누액, 휘발, 열적 불안정성, 폭발 위험성을 안고 있었습니다. 반면 일반적인 고체 전해질은 이온 전도도가 낮아 실용화에 한계가 존재했습니다.

본 기술은 티오페늄과 플루오로하이드로제네이트가 결합된 화합물을 제조하고 사방정계 결정 구조 내 침입형 자리에 리튬 염을 배치하며, 화합물의 용융 엔트로피를 15~25J/K·mol로 제어해 결정상 내 유연성을 확보함으로써 상온에서 200mS/cm 이상의 이온 전도도를 내도록 구성됩니다. 이에 따라 누액 없는 고안전 리튬 이차전지와 웨어러블 기기용 소형 셀에 적용될 수 있어 액체 수준의 전도도를 고체 상태에서 구현할 수 있다는 점이 강점입니다.

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Key Features:

• 티오페늄을 포함하는 양이온과 플루오로하이드로제네이트를 포함하는 음이온이 결합된 화합물로 이루어진 고체 전해질
• 티오페늄의 황 원소와 결합되며 메틸기, 에틸기, 프로필기 또는 부틸기 중 하나로 선택되는 알킬기
• 꼭지점과 면 중심에 양이온이, 모서리 가운데에 음이온이 배치되고 침입형 자리에 리튬 염이 제공되는 사방정계 유닛셀
• 티오페늄 염과 플루오로하이드로제네이트 전구체의 혼합 용액을 상온보다 낮은 온도에서 반응시켜 화합물을 제조하는 단계

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

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