화학공학소재연구정보센터
Applied Chemistry for Engineering, Vol.32, No.4, 467-471, August, 2021
리튬-황 전지용 폴리실세스키옥산 고분자 가교제로 제조된 겔 고분자 전해질의 전기화학적 특성
Gel Polymer Electrolytes Derived from a Polysilsesquioxane Crosslinker for Lithium-Sulfur Batteries
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초록
본 연구에서는 가교성 작용기가 기능화된 사다리형 폴리실세스키옥산(LPMA64)을 합성하였고, 이를 액상 전해질의 열 가교 공정에 활용하여 유기-무기 하이브리드 겔 고분자 전해질을 제조하였다. 5 wt%의 낮은 LPMA64 고분자 가교제 함량으로도 전해질 내 네트워크 구조가 잘 발달하여, 우수한 형태 안정성과 높은 이온 전도도를 가지는 전해질의 제조가 가능하였다. 하이브리드 겔 고분자 전해질이 적용된 리튬-황 전지는 안정적인 율속과 장수명 성능 및 높은 쿨롱 효율을 나타냈으며, 이는 완화된 리튬 폴리설파이드 셔틀 현상에 기인했다. 본 연구결과는 제조된 유기-무기 하이브리드 겔 고분자 전해질이 리튬-황 전지 응용에 유망한 전해질임을 보여주었다.
A ladder-like polysilsesquioxane (LPMA64) functionalized with a crosslinkable group was synthesized and used for the preparation of organic-inorganic hybrid gel polymer electrolytes through a thermal crosslinking process of the liquid electrolytes. A small weight percent of LPMA64 polymer crosslinker (5 wt%) was able to form a well-developed network structure, resulting in good dimensional stability with high ionic conductivity. The lithium-sulfur batteries fabricated with organic-inorganic hybrid gel polymer electrolytes exhibited stable C-rate and cycling performance with excellent Coulombic efficiency due to the alleviated lithium polysulfide shuttling effect during prolonged cycling. The result demonstrates that the organic-inorganic hybrid gel polymer electrolytes could be a promising candidate electrolyte for application in lithium-sulfur batteries.
  1. Larcher D, Tarascon JM, Nat. chem., 7, 19 (2015)
  2. Manthiram A, Fu YZ, Chung SH, Zu CX, Su YS, Chem. Rev., 114(23), 11751 (2014)
  3. Yang Y, Zheng G, Cui Y, Chem. Soc. Rev., 42, 3018 (2013)
  4. Yin YX, Xin S, Guo YG, Wan LJ, Angew. Chem.-Int. Edit., 52, 13186 (2013)
  5. Zhao Y, Zhang Y, Gosselink D, Sadhu M, Cheang HJ, Chen P, Membranes, 2, 553 (2012)
  6. Yang Q, Deng N, Chen J, Cheng B, Kang W, Chem. Eng. J., 127427 (2020).
  7. Zhou D, Shanmukaraj D, Tkacheva A, Armand M, Wang G, Chem, 5, 2326 (2019)
  8. Zhu M, Wu J, Wang Y, Song M, Long L, Siyal SH, Yang X, Sui G, J. Energy Chem., 37, 126 (2019)
  9. Stephan AM, Eur. Polym. J., 42, 21 (2006)
  10. Hwang SO, Lee AS, Lee JY, Park SH, Jung KI, Jung HW, Lee JH, Prog. Org. Coat., 121, 105 (2018)
  11. Lee ASS, Lee JH, Lee JC, Hong SM, Hwang SS, Koo CM, J. Mater. Chem. A, 2, 1277 (2014)
  12. Lee AS, Lee JH, Hong SM, Lee JC, Hwang SS, Koo CM, RSC Adv., 5, 94241 (2015)
  13. Lee JH, Lee AS, Lee JC, Hong SM, Hwang SS, Koo CM, J. Mater. Chem. A, 3, 2226 (2015)
  14. Kwon SJ, Kim DG, Shim J, Lee JH, Baik JH, Lee JC, Polymer, 55(12), 2799 (2014)
  15. Liu M, Zhou D, He YB, Fu Y, Qin X, Miao C, Du H, Li B, Yang QH, Lin Z, Nano Energy, 22, 278 (2016)
  16. Lee JH, Kang J, Kim SW, Halim W, Frey MW, Joo YL, ACS Omega, 3, 16465 (2018)
  17. Song AM, Huang Y, Zhong XP, Cao HJ, Liu B, Lin YH, Wang MS, Li X, J. Membr. Sci., 556, 203 (2018)