나노기술 및 정책 정보

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● 일본 도쿄대학교 대학원 농학생명과학연구과 생물재료과학전공, 미국 Maryland University 국제 공동 연구그룹이 ‘TEMPO 산화 셀룰로오스 나노 섬유(CNF)’의 특이한 나노 구조를 이용하여 분자 채널 구조를 갖는 새로운 전고체 리튬 이온 전지를 개발 및 높은 전도율·수율을 가지면서 안정성이 있는 새로운 전고체 전지 제조법을 구축

● 연구진은 ‘TEMPO 산화 CNF’의 나노 구조를 살려 독자적 분자 채널 구조를 형성함으로써 고성능 고체 고분자 이온 전도체를 제조

● 일반적으로 CNF가 이온 절연성이라는 것에 기반하여, 연구진은 ‘TEMPO 산화 CNF’내의 셀룰로오스 수산기에 구리 이온(Cu2+)을 배위시킴으로써 셀룰로오스 분자 간을 작지만 적당한 간격으로 확장

● ‘TEMPO 산화 CNF’내에 분자 채널 구조를 형성함으로써 셀룰로오스 분자 사슬을 따르는 Li+의 고속 수송이 가능한 결과, 실온에 있어서 기존의 고분자 재료의 10~1000배가 되는 높은 Li+ 전도율을 달성했고, Cu2+ 배위 셀룰로오스 이온 전도체에 의해 0.78이라는 높은 수율(종래의 고분자에서는 0.2~0.5)도 실현

● 해당 연구로 얇은 고체 전해질로서 이용 가능함을 시사하는 것으로 두꺼운 고체 전극에도 적용 가능한 고이온 전도성 바인더로서도 이용 가능할 것으로 기대

※ 용어설명

- 셀룰로오스 나노 섬유(cellulose nanofibril, セルロースナノファイバー): 셀룰로오스 사슬이 다발을 이루며 빽빽하게 결합된 나노미터(nm)크기의 섬유 

※ Nature 게재(2021.10.20.), “Copper-coordinated cellulose ion conductors for solid-state batteries”