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.
Keywords:Gel polymer electrolyte;Polysilsesquioxane;Lithium-sulfur batteries;Ionic conductivity;Electrochemical stability
- Larcher D, Tarascon JM, Nat. chem., 7, 19 (2015)
- Manthiram A, Fu YZ, Chung SH, Zu CX, Su YS, Chem. Rev., 114(23), 11751 (2014)
- Yang Y, Zheng G, Cui Y, Chem. Soc. Rev., 42, 3018 (2013)
- Yin YX, Xin S, Guo YG, Wan LJ, Angew. Chem.-Int. Edit., 52, 13186 (2013)
- Zhao Y, Zhang Y, Gosselink D, Sadhu M, Cheang HJ, Chen P, Membranes, 2, 553 (2012)
- Yang Q, Deng N, Chen J, Cheng B, Kang W, Chem. Eng. J., 127427 (2020).
- Zhou D, Shanmukaraj D, Tkacheva A, Armand M, Wang G, Chem, 5, 2326 (2019)
- Zhu M, Wu J, Wang Y, Song M, Long L, Siyal SH, Yang X, Sui G, J. Energy Chem., 37, 126 (2019)
- Stephan AM, Eur. Polym. J., 42, 21 (2006)
- Hwang SO, Lee AS, Lee JY, Park SH, Jung KI, Jung HW, Lee JH, Prog. Org. Coat., 121, 105 (2018)
- Lee ASS, Lee JH, Lee JC, Hong SM, Hwang SS, Koo CM, J. Mater. Chem. A, 2, 1277 (2014)
- Lee AS, Lee JH, Hong SM, Lee JC, Hwang SS, Koo CM, RSC Adv., 5, 94241 (2015)
- Lee JH, Lee AS, Lee JC, Hong SM, Hwang SS, Koo CM, J. Mater. Chem. A, 3, 2226 (2015)
- Kwon SJ, Kim DG, Shim J, Lee JH, Baik JH, Lee JC, Polymer, 55(12), 2799 (2014)
- 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)
- Lee JH, Kang J, Kim SW, Halim W, Frey MW, Joo YL, ACS Omega, 3, 16465 (2018)
- Song AM, Huang Y, Zhong XP, Cao HJ, Liu B, Lin YH, Wang MS, Li X, J. Membr. Sci., 556, 203 (2018)