선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 고효율 플렉시블 ECD 적용을 위해 기저 고분자로 PVB를 이용한 접착 멤브레인 전해질을 제조하고 특성을 분석하였다. PVB를 기반으로 한멤브레인 전해질은 연속식 공정으로 플렉시블 ECD를 제조하기 용이하며 투과율이 높으며 우수한 접착력으로 인해 장치의 물리적 안정성을 향상시킬 수 있을 것으로 전망되었다.
- PVB를 기반으로 한멤브레인 전해질은 연속식 공정으로 플렉시블 ECD를 제조하기 용이하며 투과율이 높으며 우수한 접착력으로 인해 장치의 물리적 안정성을 향상시킬 수 있을 것으로 전망되었다. 또한 본 연구를 통해 최적 조성을 도출함으로써 우수한 이온전도도 및 계면전하전달 특성을 달성하고자 하였다.
- 본 연구에서는 우수한 접착성 및 투명성을 가진 고분자인 PVB를 기저 고분자로 이용하여 고분자 전해질 멤브레인을 제조하고 이를 플렉시블 ECD에 적용하기 위한 연구를 수행하였다. 특히 리튬염의 농도 및 음이온 조성이 전해질 특성 및 ECD 성능에 미치는 영향을 중점적으로 연구하였으며 최종적으로 PVB를 기반으로한 전해질 멤브레인의 최적 조성을 도출하고자 하였다.
- 본 연구에서는 우수한 접착성 및 투명성을 가진 고분자인 PVB를 기저 고분자로 이용하여 고분자 전해질 멤브레인을 제조하고 이를 플렉시블 ECD에 적용하기 위한 연구를 수행하였다. 특히 리튬염의 농도 및 음이온 조성이 전해질 특성 및 ECD 성능에 미치는 영향을 중점적으로 연구하였으며 최종적으로 PVB를 기반으로한 전해질 멤브레인의 최적 조성을 도출하고자 하였다. 실험 결과, 리튬염의 농도와 조성에 의해 고분자 전해질 멤브레인의 이온전도도 및 광투과율이 크게 좌우되는 것을 확인할 수 있었다.
제안 방법
- Fig. 8(a)에 상기 두가지 리튬염을 각각 사용하여 제조한 전해질 멤브레인의 이온전도도를 비교하였다. 전해질 멤브레인의 이온전도도는 LiTFSI가 LiBF4에 비해 4배 이상 높은 수치를 나타내었다.
- ECD의 변/탈색 시 투과율 변화 및 전해질 멤브레인 자체의 투과율 측정을 위하여 투과율 측정기(SD2400, EDTM)를 사용하였다. 상기 투과율 측정기는 400~700 nm의 가시광선 파장에서의 투과율을 측정할 수 있다.
- 고분자 전해질 멤브레인의 투과율을 측정하기 위해 유리 기판에 200 µm gap gauge 2 개를 적절한 간격으로 두고 전해질을 캐스팅하였다.
- 제조된 ECD를 ± 2 V의 전압 범위에서 변/탈색을 하였고, 각각 1 min가 지난 시점에서 투과도를 측정하였다. 그 후 변/탈색 투과도를 식 (4)에 대입하여 광학 밀도 (optical density, OD)를 구하였다.
- 다음으로 음이온의 크기가 다른 LiBF4, 리튬염을 이용 하여 고분자 전해질 멤브레인을 제조하여 비교 평가하였다. 이때 Li+ 이온의 함량은 상기 결정된 LiTFSI의 최적 농도(25 wt.
- 먼저 리튬염(LiTFSI)의 함량에 따라 전해질 멤브레인을 제조한 뒤 이온전도도와 광투과율 평가를 진행하였다. 이 결과는 Fig.
- 전해질의 이온전도도는 ECD의 효율에 영향을 미치는 주된 특성이다. 본 연구에서는 Teflon으로 제조한 4-point probe cell과 impedance analyzer (potentiostat/galvanostat with EIS, SP-150, Bio-logic science instruments)을 이용하여 상온에서 저항을 측정하고 이를 아래 식 (3)에 대입하여 이온전도도를 구하였다.
- 본 연구에서는 전해질-변색 층 사이의 리튬 이온의 확산계수(diffusion coefficient)를 구하기 위해 먼저 potentiostat/galvanostat으로 ± 2.0 V 전압 범위에서 각각 25, 50, 100, 150, 200, 250 mV/s의 scan rate로 cyclic voltammetry (CV)를 측정하였다.
- 5 g의 polyvinyl butyral (PVB, Sigma-Aldrich)를 2 g의 acetylacetone (Acac, Sigma-Aldrich)에 자기 교반 하에서 70°C로 가열하여 용해를 완료하였다. 상기 용액에 0.5 g의 acetone (Samchun), 가소제로써 0.6 g의 polydi(2-ethylhexyl)glycol adipate (SONGCIZERTM P-1500, Songwon)와 일정 함량의 리튬 염을 첨가하여 교반하였다. 리튬염으로 음이온의 종류가 다른 lithium tetrafluoroborate (LiBF4, TCI)와 lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI, 3M)를 각각 사용하여 전해질을 제조하였다.
- , 리튬염을 이용 하여 고분자 전해질 멤브레인을 제조하여 비교 평가하였다. 이때 Li+ 이온의 함량은 상기 결정된 LiTFSI의 최적 농도(25 wt.%)와 동일하도록 조절하였다. Fig.
- 제조된 ECD를 ± 2 V의 전압 범위에서 변/탈색을 하였고, 각각 1 min가 지난 시점에서 투과도를 측정하였다.
- 제조된 고분자 전해질 멤브레인의 화학적 구조를 확인하기 위해 Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) 분석을 수행하였으며 그 결과를 Fig. 3에 도시하였다. 시료 중 electrolyte membrane은 용매가 제거된 상태이며 LiTFSI, PVB 및 P-1500의 혼합 조성물이다.
대상 데이터
- 6 g의 polydi(2-ethylhexyl)glycol adipate (SONGCIZERTM P-1500, Songwon)와 일정 함량의 리튬 염을 첨가하여 교반하였다. 리튬염으로 음이온의 종류가 다른 lithium tetrafluoroborate (LiBF4, TCI)와 lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI, 3M)를 각각 사용하여 전해질을 제조하였다. 본 실험에서 사용된 시약은 모두 별도의 정제 없이 사용하였다.
- 본 연구에서는 polyethylene terephthalate (PET) 기판에 전도성 물질인 indium tin oxide (ITO)가 코팅된 필름(30 Ω/sq.) 2장에 각각 환원 변색 물질로 WO3, 산화 변색 물질로 PB 분말이 분산된 sol을 연속식 slot die wet coating 및 건조하여 제조된 나노 입자 구조의 전기변색 전극을 사용하였다.
- PB와 WO3 입자의 크기는 약 20~30 nm이며, 변색물질 코팅층의 두께는 각각 500~700 및 500~600 nm이었다. 상기 플렉시블 전기변색 기판은 오리온 NES사로부터 공급받았다.
데이터처리
- 80°C 오븐에서 7 min 간 용매 건조 후, 전해질 멤브레인의 투과율을 상기 투과율 측정기를 이용하여 여러 번 측정하여 평균값을 표준편차와 함께 산정하였다.
이론/모형
- 각 scan rate에서의 ip (각 peak에서의 전류 값)의 기울기 값을 얻어 Randles-Servick’s equation [식 (5)]에 대입하여 확산계수를 구하였다.
성능/효과
- 종합적으로 LiTFSI를 사용한 PVB 전해질 멤브레인은 25 wt.% 리튬염 함량에서 가장 최적화된 성능을 발휘하였으며 이때 광학 밀도의 값은 약 0.8에 가까운 우수한 변색/탈색 성능을 나타내었다.
- 그러나 25 wt.% 이상 리튬염의 함량이 증가하면 이온전도도는 감소하는 양상을 나타내었다. 또한 Fig.
- 상기 결과들을 종합할 때 이온전도도 및 광투과율 관점에서 최적의 리튬염(LiTFSI) 함량은 약 25 wt.%로 결정되었으며 이를 초과할 시 일부 리튬염이 완전히 해리되지 않고 또한 이온 간의 반발력이 증가하여 광투과율 및 이온전도도의 감소가 초래된다고 판단되었다. 결과적으로 제조된 전해질 멤브레인은 상온 기준 최대 2 mS/cm 이상의 우수한 이온전도도와 93% 정도의 높은 광투과율을 나타냄을 확인할 수 있었다.
- Fig. 4(a) 에 나타난 바와 같이 LiTFSI의 함량이 증가할수록 이동할 수 있는 이온의 양이 증가하게 되고 이에 따라 이온 전도도가 선형적으로 증가하는 것을 확인하였다. 그러나 25 wt.
- 7에 상기와 같은 전해질 조건에서 측정된 플렉시블 ECD의 투과도 측정 결과를 정리하여 나타내었다. LiTFSI 염을 사용한 경우 변색 및 탈색이 안정적으로 잘 이루어지고 있음을 결과로부터 확인할 수 있다. 이 경우 탈색 시 광 투과율은 약 60%이었으며 변색 시에는 약 10% 내외의 수치를 나타내었다.
- 따라서 본 연구에서는 고효율 플렉시블 ECD 적용을 위해 기저 고분자로 PVB를 이용한 접착 멤브레인 전해질을 제조하고 특성을 분석하였다. PVB를 기반으로 한멤브레인 전해질은 연속식 공정으로 플렉시블 ECD를 제조하기 용이하며 투과율이 높으며 우수한 접착력으로 인해 장치의 물리적 안정성을 향상시킬 수 있을 것으로 전망되었다. 또한 본 연구를 통해 최적 조성을 도출함으로써 우수한 이온전도도 및 계면전하전달 특성을 달성하고자 하였다.
- 이러한 결과는 리튬염의 해리도와 매우 밀접한 상관성을 갖고있는 것으로 판단되었다. 결과를 종합할 때 PVB 및 adipate계 가소제를 사용한 고분자 전해질의 경우 리튬염으로는 해리도가 우수한 LiTFSI를 이용하는 것이 바람직하며 또한 리튬염의 최적 함량은 약 25 wt.% 이내에서 결정된다고 판단된다.
- %로 결정되었으며 이를 초과할 시 일부 리튬염이 완전히 해리되지 않고 또한 이온 간의 반발력이 증가하여 광투과율 및 이온전도도의 감소가 초래된다고 판단되었다. 결과적으로 제조된 전해질 멤브레인은 상온 기준 최대 2 mS/cm 이상의 우수한 이온전도도와 93% 정도의 높은 광투과율을 나타냄을 확인할 수 있었다.
- 먼저, PVB의 스펙트럼으로부터 1100 및 990 cm-1에서 각각 C-O-C 및 C-O의 흡수 피크를 관찰할 수 있었으며 또한 3430 cm-1에서 O-H 그리고 1716 cm-1에서 C=O 흡수 피크가 관찰되었다. 따라서 본 연구에서 사용된 PVB에는 butyral 외에 소량의 hydroxyl 및 acetate 기도 포함되어 있다는 것을 확인하였다[16]. 또한 가소제인 P-1500 및 PVB+P-1500 시료의 스펙트라로부터 1730 cm-1 부근에서 C=O 신축 진동 피크가 관찰되었는데 LiTFSI 염을 첨가(25 wt.
- 따라서 본 연구에서 사용된 PVB에는 butyral 외에 소량의 hydroxyl 및 acetate 기도 포함되어 있다는 것을 확인하였다[16]. 또한 가소제인 P-1500 및 PVB+P-1500 시료의 스펙트라로부터 1730 cm-1 부근에서 C=O 신축 진동 피크가 관찰되었는데 LiTFSI 염을 첨가(25 wt.%)한 전해질 멤브레인의 제조 후 더 낮은 파수인 1714 cm-1에서 새로운 피크의 성장이 확인되었다. 이 결과로부터 가소제가 coordination interaction을 통해 리튬염의 해리를 유도하고 있음을 확인할 수 있다[23].
- 시료 중 electrolyte membrane은 용매가 제거된 상태이며 LiTFSI, PVB 및 P-1500의 혼합 조성물이다. 먼저, PVB의 스펙트럼으로부터 1100 및 990 cm-1에서 각각 C-O-C 및 C-O의 흡수 피크를 관찰할 수 있었으며 또한 3430 cm-1에서 O-H 그리고 1716 cm-1에서 C=O 흡수 피크가 관찰되었다. 따라서 본 연구에서 사용된 PVB에는 butyral 외에 소량의 hydroxyl 및 acetate 기도 포함되어 있다는 것을 확인하였다[16].
- % 함량을 초과할 경우 현저한 광투과율의 감소가 발생하였다. 상기 결과들을 종합할 때 이온전도도 및 광투과율 관점에서 최적의 리튬염(LiTFSI) 함량은 약 25 wt.%로 결정되었으며 이를 초과할 시 일부 리튬염이 완전히 해리되지 않고 또한 이온 간의 반발력이 증가하여 광투과율 및 이온전도도의 감소가 초래된다고 판단되었다.
- 특히 리튬염의 농도 및 음이온 조성이 전해질 특성 및 ECD 성능에 미치는 영향을 중점적으로 연구하였으며 최종적으로 PVB를 기반으로한 전해질 멤브레인의 최적 조성을 도출하고자 하였다. 실험 결과, 리튬염의 농도와 조성에 의해 고분자 전해질 멤브레인의 이온전도도 및 광투과율이 크게 좌우되는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 리튬염의 해리도와 매우 밀접한 상관성을 갖고있는 것으로 판단되었다.
- 이상의 결과를 종합할 때 플렉시블 ECD 제조를 위한 접착 고분자 전해질의 성능은 기저 고분자 및 가소제의 특성뿐만 아니라 용해되는 리튬염의 농도 및 음이온의 종류에 의해 크게 좌우될 수 있다고 할 수 있다.
- 5(b)에 나타난 바와 같이 광학 밀도도 이온전도도와 광투과율의 데이터 경향과 일치하는 결과를 나타내었다. 종합적으로 LiTFSI를 사용한 PVB 전해질 멤브레인은 25 wt.% 리튬염 함량에서 가장 최적화된 성능을 발휘하였으며 이때 광학 밀도의 값은 약 0.
- 5(a)에 보이는 바와 같이 전극 반응의 확산계수는 앞서 기술한 전해질 멤브레인의 이온전도도와 유사한 경향성을 나타내었다. 즉, 이온전도도가 증가함에 따라 확산계수도 증가하였으며 또한 25 wt.% 이상의 리튬염 농도에서는 제한된 용해도로 인해 이온전도도와 확산 계수가 함께 감소하였음을 의미한다.
- 8(a)에 나타낸 바와 같이 LiTFSI는 90% 이상의 광 투과율을 나타낸 반면에 LiBF4는 90% 이하의 수치를 나타내었다. 특히, LiBF4를 포함한 전해질은 리튬염의 첨가 시 진한 노란색을 띠었으며 전해질 멤브레인 제조 후 시간이 경과되며 광투과율은 급격하게 감소하는 추세를 나타내었다. 이러한 광투과율의 저하는 LiBF4 염의 해리도와 관련성이 있는 것으로 판단되며 즉 해리되지 못한 혹은 용해된 이온의 회합이 발생한 LiBF4 염에 의해 전해질 멤브레인의 투명도가 감소한 것으로 사료된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.