| 고성능 이온 전도필름 개발 | ||
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  중국과학원 금속연구소 선양(沈陽)재료과학국가연구센터 Ren Wen-cai(任文才) 연구원, Cheng Hui-ming(成會明)원사 연구팀은 2차원 전이금속 인 황화물 나노 시트로 조립된 필름을 제조함과 아울러 전이금속 공석으로 인해 해당 유형의 필름이 초고속 이온 수송 성능을 보유함을 발견했다. 해당 성과는 "Science"에 게재되었다. 나노포어(Nanopore)에서의 이온 수송은 에너지 저장과 전환 응용에 아주 주요하다. 예를 들어, 양성자와 리튬이온 전도필름은 각각 연료 배터리와 리튬이온 배터리의 핵심 소재이다. Nafion 필름은 현재 가장 보편적으로 사용되는 상용 양성자 전도필름으로 술폰산기를 양성자 기증 센터로 한다. 양성자는 나노포어에 형성된 물분자 네트워크를 통해 전도되며 양성자 전도율은 0.2S/cm에 달할 수 있다. 그러나, 고온 (>80°C) 및/또는 낮은 습도 조건에서 수분함량 감소로 인해 성능이 크게 저하된다. 최근 몇년 간, MOF, 생물재료 및 산화그래핀을 기반으로 하는 다양한 양성자 전도필름이 개발되었다. 이러한 필름 재료는 모두 관능기(인산기, 카르복실기, 하이드록실기 등)를 양성자 기증 센터로 하지만 성능은 여전히 Nafion 필름보다 훨씬 뒤떨어진다. 연구팀은 Cd0.85PS3Li0.15H0.15 필름이 양성자 수송을 주요로 하는 이온 수송 재료로 90°C와 98% 상대 습도 조건에서 전도율이 0.95S/cm에 달하여 지금까지 발견된 수상(水相) 양성자 수송 재료 중 성능이 가장 높음을 발견했다. 또한, 저온, 저습 조건에서도 아주 높은 양성자 전도율을 유지한다. 심층 연구를 통해, 연구팀은 Cd 공석은 대량의 양성자 기증 센터를 제공할 뿐만 아니라 해당 필림이 우수한 수화 특성을 보유하도록 하며 양성자가 물분자의 존재 하에 공석에서 쉽게 탈착되어 필림이 우수한 양성자 전도 특성을 보유하도록 함을 발견했다. 또한, Cd0.85PS3Li0.3과 Mn0.77PS3Li0.46 필름이 초고속 리튬이온 전도 특성을 가지고 있음을 발견함으로써 공석이 이온의 신속 전달을 유도하는 보편성을 입증했다. 공극에 의한 이온의 신속 수송은 고성능 이온 전도필름 개발을 위한 새로운 방법을 제공할 전망이다. 정보출처 : https://www.cas.cn/cm/202011/t20201103_4765131.shtml |
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