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겔 고분자 전해질 기술
분야
서울시립대학교
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겔 고분자 전해질 기술

보유기관 및 연구자 : 서울시립대 정철수 교수

개발상태
4/9

기술완성도

TRL09

사업화

  • 본격적인 양산 및 사업화 단계
TRL08

시작품 인증/
표준화

  • 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
    - 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등
TRL07

Pilot 단계 시작품
신뢰성 평가

  • 시작품의 신뢰성 평가
  • 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계
TRL06

Pilot 단계 시작품
성능 평가

  • 경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가
  • 시작품 성능평가
TRL05

시제품 제작/
성능평가

  • 개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가
  • 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발
TRL04

연구실 규모의
부품/시스템 성능평가

  • 연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계
  • 실용화를 위한 핵심요소기술 확보
TRL03

연구실 규모의
성능 검증

  • 연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계
  • 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계
  • 모델링/설계기술 확보
TRL02

실용 목적의 아이디어/
특허 등 개념 정립

  • 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
TRL01

기초 이론/
실험

  • 연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계
특허정보

기술 개요 및 기존 문제점

ㆍ 기술 개요

이온과 전자의 상대적 이동도 차이로 인해 충방전 속도가 빨라질수록 커패시턴스가 줄어드는 현상을 개선시켜 높은 커패시턴스 구현이 가능하며 높은 구동 전압을 확보할 수 있는 겔 고분자 전해질을 제조하는 기술임.

 

ㆍ 기존 문제점

기존의 액체 전해질은 누액 가능성이 있으며, 용매의 휘발성 및 불안정성으로 인해 고온, 고전압 등의 조건에서 불안정해지는 문제점이 있음. 또한, 겔 폴리머 전해질은, 기존의 액체 전해질과 대비하여, 전기 화학적 특성이 열위하게 나타나여 슈퍼 커패시터 등에 부적합하다는 문제점이 있음. 

기술의 특장점


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ㆍ 아크릴레이트계 모노머

아크릴레이트, 메타크릴레이트계 모노머를 전해질 첨가제로 사용하여 이온 전도의 성분으로 작용하여, 양극과 음극 사이에서 양이온의 이동을 촉진하고 겔의 적절한 점도를 유지할 수 있음.  

 

 

 

 

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ㆍ 충·방전 속도 향상

아크릴레이트, 메타크릴레이트기가 분자당 2개인 모노머를 사용하여 전해질로서의 물리적성능 향상 및 고율 수용력을 향상시켜 충·방전 속도를 상승시킬 수 있음.

 

 

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ㆍ 고온에서의 내구성 확보

산화반응을 통해 형성되는 산화피막이 음극에서의 전해질의 추가적인 분해를 억제하여, 벌크 및 계면에서의 저항이 증가 되고, 고온에서의 내구성을 확보할 수 있음.

 

 

기술 구성 및 기술 효과

● 겔 고분자 전해질을 포함하는 전기화학 소자 제조 방법

ㆍ 전극 활물질 및 이소시아네이트기를 포함하는 아크릴레이트 또는 메타아크릴레이트의 중합체 또는 공중합체를 포함하는 겔 전해질을 포함하는 전해질 함침층

                           ↓

ㆍ 전해질 함침층 상에 위치하고, 세퍼레이터 및 알콕시기를 포함하는 아크릴레이트 또는 메타아크릴레이트의 중합체 또는 공중합체를 포함하는 벌크 전해질층

 

 

 

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ㆍ 열적 안정성

 

 

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ㆍ 초기 용량 개선

 

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ㆍ 매끈한 벌크 전해질 층 형성

 

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ㆍ 층별 전해질 설계 도입

적용 어플리케이션

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ㆍ 이차전지 및 커패시터 분야

전기자동차, 자동차용 배터리 모듈,  휴대용 전자기기, 에너지 저장 장치 등 다양한 산업군에 적용 가능하며, 고온내의 전지 내 가스 발생을 억제하여 이차 전지의 안정성을 향상시킬 수 있음.

초고용량 커패시터의 내전압 특성을 증가시키고, 용량, 충·방전 속도 및 고온에서의 내구성을 확보할 수 있음. 이를 통해 기존의 전자제품 메모리 백업용 뿐만아니라, 산업용 기기는 물론 자동차용으로 용도를 확대할 수 있음. 

관련 특허권

1. 겔 고분자 전해질 및 이를 포함하는 전기화학 소자 (등록번호 : 10-2163082)

 

2.  겔 고분자 전해질을 포함하는 전기화학 소자 및 그의 제조 방법 (등록번호 : 10-2001985)

 

3. 겔 고분자 전해질 및 이를 포함하는  전기화학 커패시터 (등록번호 : 10-2234428)

 

4.  고율충방전 특성이 향상된 캐패시터 및 이의 제조방법  (등록번호 : 10-1305209)

 

5.  리튬 이차 전지용 전해액 (등록번호 : 10-1149830)


동영상 자료