KR102270252B1 - Nucleic acid based solid state single ion conductor, electrolyte having the same, and lithium ion cell having the same - Google Patents

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Abstract

핵산 기반 고체상 단이온 전도체, 이를 포함하는 전해질, 이를 포함하는 전지가 제공된다. 핵산 기반 고체상 단이온 전도체는 적어도 3개 내지 8개의 핵산 단위체로 이루어진 핵산 복합체 및 상기 핵산 복합체의 중심에 배치된 중심 양이온을 포함한다.A nucleic acid-based solid-state single-ion conductor, an electrolyte including the same, and a battery including the same are provided. A nucleic acid-based solid-phase monoionic conductor comprises a nucleic acid complex consisting of at least 3 to 8 nucleic acid units and a central cation disposed at the center of the nucleic acid complex.

Description

핵산 기반 고체상 단이온 전도체, 이를 포함하는 전해질, 및 이를 포함하는 리튬 이온 전지{NUCLEIC ACID BASED SOLID STATE SINGLE ION CONDUCTOR, ELECTROLYTE HAVING THE SAME, AND LITHIUM ION CELL HAVING THE SAME} Nucleic acid-based solid-state single ion conductor, electrolyte including same, and lithium ion battery comprising same

본 기재는 핵산 기반 고체상 단이온 전도체, 이의 제조방법, 이를 포함하는 전해질, 및 이를 포함하는 리튬 이온 전지에 관한 것이다. The present disclosure relates to a nucleic acid-based solid-state single ion conductor, a method for preparing the same, an electrolyte including the same, and a lithium ion battery including the same.

최근 전자제품, 전자기기, 통신기기 등의 소형 경량화가 급속히 진행되고 있으며, 환경 문제와 관련하여 전기 자동차의 필요성이 크게 대두됨에 따라 이들 제품의 동력원으로 사용되는 이차전지의 성능 개선에 대한 요구도 증가하는 실정이다. 그 중 리튬 이온 전지는 고 에너지밀도 및 높은 표준전극 전위 때문에 고성능 전지로서 상당한 각광을 받고 있다.Recently, miniaturization and weight reduction of electronic products, electronic devices, communication devices, etc. is rapidly progressing, and as the need for electric vehicles is greatly raised in relation to environmental problems, the demand for performance improvement of secondary batteries used as power sources for these products also increases. the situation is. Among them, lithium ion batteries are receiving considerable attention as high-performance batteries because of their high energy density and high standard electrode potential.

가연성 유기계 용매로 이루어진 액체전해질을 사용하는 리튬 이온 전지는 과열 또는 과충전될 경우 팽창하여 발화 및 폭발에 대한 잠재적 위험성이 존재한다. ICT 기기, 전기자동차 및 에너지 저장 시스템(ESS) 등 리튬 이차 전지를 사용하는 디바이스 또는 시스템의 안정성 강화를 위해 발화 및 폭발로 이어지지 않는 새로운 전해질 기술이 요구된다.A lithium ion battery using a liquid electrolyte made of a flammable organic solvent expands when overheated or overcharged, and there is a potential risk of ignition and explosion. In order to enhance the stability of devices or systems using lithium secondary batteries, such as ICT devices, electric vehicles, and energy storage systems (ESS), new electrolyte technology that does not lead to ignition or explosion is required.

전극 활물질과 액체전해질 계면의 부반응 및 분극에 의해 성능 퇴화가 야기되므로 이들 성능 퇴화를 방지할 수 있는 방법이 요구된다. Since performance degradation is caused by side reactions and polarization between the electrode active material and the liquid electrolyte interface, a method for preventing these performance degradation is required.

본 개시는 핵산 기반 고체상 단이온 전도체를 제공하고자 한다. The present disclosure seeks to provide a nucleic acid-based solid phase monoionic conductor.

본 개시는 핵산 기반 고체상 단이온 전도체를 포함하는 고체전해질을 제공하고자 한다. An object of the present disclosure is to provide a solid electrolyte comprising a nucleic acid-based solid-phase monoion conductor.

본 개시는 핵산 기반 고체상 단이온 전도체를 포함하는 고체전해질을 포함하는 리튬 이온 전지를 제공하고자 한다. An object of the present disclosure is to provide a lithium ion battery including a solid electrolyte including a nucleic acid-based solid phase single ion conductor.

실시예들에 따른 핵산 기반 고체상 단이온 전도체는 적어도 3개 내지 8개의 핵산 단위체로 이루어진 핵산 복합체 및 상기 핵산 복합체의 중심에 배치된 중심 양이온을 포함한다. A nucleic acid-based solid-phase monoionic conductor according to embodiments includes a nucleic acid complex consisting of at least 3 to 8 nucleic acid units and a central cation disposed at the center of the nucleic acid complex.

실시예들에 따른 전해질은 핵산 기반 고체상 단이온 전도체를 포함한다. Electrolytes according to embodiments include a nucleic acid-based solid-state monoion conductor.

실시예들에 따른 전해질은 액체 전해질, 고분자 전해질 및 무기 전해질에서 선택된 어느 하나를 더 포함할 수 있다. The electrolyte according to the embodiments may further include any one selected from a liquid electrolyte, a polymer electrolyte, and an inorganic electrolyte.

실시예들에 따른 리튬 이온 전지는 핵산 기반 고체상 단이온 전도체를 포함하는 전해질을 포함한다. Lithium ion batteries according to embodiments include an electrolyte including a nucleic acid-based solid-state single-ion conductor.

실시예들에 따른 핵산 기반 고체상 단이온 전도체를 포함하는 전해질은 유기계 용매를 사용하지 않으므로 발화 및 폭발의 위험성이 낮다. Since the electrolyte including the nucleic acid-based solid-state monoion conductor according to the embodiments does not use an organic solvent, the risk of ignition and explosion is low.

실시예들에 따른 핵산 기반 고체상 단이온 전도체는 단이온 전도 특성을 갖기 때문에 종래의 전극 활물질과 액체 전해질 계면의 부반응 및 분극에 의한 성능 퇴화를 방지할 수 있다. Since the nucleic acid-based solid-state single-ion conductor according to the embodiments has a single-ion conduction characteristic, it is possible to prevent performance degradation due to side reactions and polarization between the conventional electrode active material and the liquid electrolyte interface.

도 1은 실시예들에 따른 핵산 기반 고체상 단이온 전도체의 개략도이다.
도 2는 핵산 단위체의 종류에 따른 복합체를 나타낸다.
도 3은 구아닌의 치환기를 달리한 다양한 경우를 나타낸다.
도 4은 도 3에 도시된 분자 개질된 구아닌들(R1, Q1, Y1, Y2)로 이루어진 리튬 단이온 전도체(R1_Li, Q1_Li, Y1_Li, Y2_Li) 각각의 WAXS(Wide Angle X-ray Scattering) 패턴을 나타낸다.
도 5는 R3를 변형할 경우 중심 양이온과 이온 채널 사이의 인력을 조절할 수 있음을 나타내는 개략도이다.
도 6은 구조 안정화를 위한 구아닌 단위체의 분자 개질을 설명하기 위한 합성 모식도이다.
도 7은 PES를 조절하여 이온전도도 특성을 향상시키기 위한 구아닌 단위체의 분자 개질을 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은 핵산 기반 고체상 단이온 전도체의 제조 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 9는 실시예들에 따른 핵산 기반 고체상 단이온 전도체로 이루어진 전해질층을 포함하는 전고상 리튬 이온 전지의 개략도이다.
도 10은 실시예들에 따른 핵산 기반 고체상 전도체로 금속 전지 음극용 보호막을 형성한 경우를 예시한다.
도 11과 도 12는 각각 화학식 3으로 표시되는 분자 개질된 구아닌(Y2) 기반 리튬 단이온 전도체의 양이온 수송 계수와 아레니우스 플로트를 측정한 결과를 나타낸다.
도 13과 도 14는 각각 화학식 4로 표시되는 분자 개질된 구아닌(AQ1)으로 이루어진 리튬 단이온 전도체(AQ1_Li)와 화학식 5로 표시되는 분자 개질된 구아닌(Q1)으로 이루어진 리튬 단이온 전도체(Q1_Li) 각각의 WAXS(Wide Angle X-ray Scattering) 패턴과 이온 전도도(Nyquist plot) 측정 결과를 나타낸다.
1 is a schematic diagram of a nucleic acid-based solid-phase monoion conductor according to embodiments.
2 shows complexes according to the types of nucleic acid units.
3 shows various cases in which the substituents of guanine are changed.
4 is a WAXS (Wide Angle X-ray Scattering) pattern of each of the lithium single ion conductors (R1_Li, Q1_Li, Y1_Li, Y2_Li) composed of the molecularly modified guanines (R1, Q1, Y1, Y2) shown in FIG. indicates.
5 is a schematic diagram showing that the attraction between the central cation and the ion channel can be adjusted when R 3 is modified.
6 is a synthetic schematic diagram for explaining the molecular modification of the guanine unit for structural stabilization.
7 is a schematic diagram illustrating molecular modification of a guanine unit to improve ionic conductivity properties by controlling PES.
8 is a schematic diagram for explaining a method for preparing a nucleic acid-based solid-phase monoion conductor.
9 is a schematic diagram of an all-solid-state lithium ion battery including an electrolyte layer made of a nucleic acid-based solid-state single-ion conductor according to embodiments.
10 illustrates a case in which a protective film for a negative electrode of a metal battery is formed with a nucleic acid-based solid-state conductor according to embodiments.
11 and 12 show the results of measuring the cation transport coefficient and Arrhenius plot of the molecularly modified guanine (Y2)-based lithium single ion conductor represented by Chemical Formula 3, respectively.
13 and 14 show a lithium single ion conductor (AQ1_Li) made of molecularly modified guanine (AQ1) represented by Formula 4 and a lithium single ion conductor (Q1_Li) made of molecularly modified guanine (Q1) represented by Formula 5, respectively. Each WAXS (Wide Angle X-ray Scattering) pattern and ion conductivity (Nyquist plot) measurement results are shown.

이하 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 실시예들에 대하여 상세히 설명한다. 실시예는 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 구체적인 실시예로만 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily implement it. The embodiment may be implemented in various different forms, and is not limited to the specific embodiment described herein.

도 1을 참조하면, 실시예들에 따른 핵산 기반 고체상 단이온 전도체(1)는 다수의 이온 채널(10)의 집합체이다. 이온 채널(10)은 1D 튜브형 이온 채널로 이루어질 수 있다. 이온 채널(10)은 핵산 단위체(20)와 중심 양이온(30)으로 이루어진 마크로사이클(40)이 적층되어 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 1 , a nucleic acid-based solid-state single ion conductor 1 according to embodiments is an aggregate of a plurality of ion channels 10 . The ion channel 10 may be formed of a 1D tubular ion channel. The ion channel 10 may be formed by stacking a macrocycle 40 composed of a nucleic acid unit 20 and a central cation 30 .

핵산 단위체(20)는 정전기적 인력을 통해 중심 양이온(30)과 결합할 수 있다.The nucleic acid unit 20 may bind to the central cation 30 through electrostatic attraction.

중심 양이온(30)의 전하는 +1 내지 +3 일 수 있다. 사용되는 중심 양이온으로는 Li+, Na+, K+, Mg++, Zn++, Al+++ 등이 사용될 수 있다. The charge of the central cation 30 may be +1 to +3. As the central cation used, Li+, Na+, K+, Mg++, Zn++, Al+++, and the like may be used.

핵산 단위체(20)는 코어 빌딩 블록(22)과 주변 형성 빌딩 블록(24)으로 이루어질 수 있다. 코어 빌딩 블록(22)과 주변 형성 빌딩 블록(24)은 구조 안정화를 위한 치환기와 이온전도 특성을 향상시키기 위한 치환기를 포함할 수 있다. The nucleic acid unit 20 may include a core building block 22 and a peripheral building block 24 . The core building block 22 and the peripheral building block 24 may include a substituent for structural stabilization and a substituent for improving ion conductivity.

핵산 단위체로는 퓨린계 핵산, 치환된 퓨린계 핵산, 피리미딘계 핵산, 치환된 피리미딘계 핵산, 이들의 파생 분자 등을 사용할 수 있다. As the nucleic acid unit, a purine-based nucleic acid, a substituted purine-based nucleic acid, a pyrimidine-based nucleic acid, a substituted pyrimidine-based nucleic acid, a derivative molecule thereof, or the like can be used.

퓨린계 핵산으로는 아데닌, 구아닌 등이 사용될 수 있다. Adenine, guanine, etc. may be used as a purine-based nucleic acid.

피리미딘계 핵산으로는 시토신, 티민, 우라실 등이 사용될 수 있다. As the pyrimidine-based nucleic acid, cytosine, thymine, uracil, and the like may be used.

퓨린계 핵산의 파생 분자로는 잔틴, 카페인, 요산 등이 사용될 수 있다. As the purine-based nucleic acid derivative molecule, xanthine, caffeine, uric acid, and the like may be used.

핵산 단위체(20)는 종류에 따라 3~8개가 모여 복합체(예., triplex, quadruplex, quintuplex, sextuplex, sevenfold, octuplicate)를 형성할 수 있다. Nucleic acid units 20 may form a complex (eg, triplex, quadruplex, quintuplex, sextuplex, sevenfold, octuplicate) by gathering 3 to 8 according to the type.

도 2에는 핵산 단위체(20)의 종류에 따른 다양한 복합체가 예시되어 있다. 2 exemplifies various complexes according to the type of the nucleic acid unit 20 .

도 2에는 구아닌 사중체와 이소구아인 오중체(isoG5-pentamer)가 복합체의일예로 예시되어 있다. 2, a guanine quadruplex and an isoguanine pentamer (isoG 5 -pentamer) are exemplified as an example of the complex.

화학식 1은 핵산 단위체(20)의 일 예로 구아닌(Guanine) 또는 이의 유도체를 나타낸다. Formula 1 represents guanine or a derivative thereof as an example of the nucleic acid unit 20.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112019099289203-pat00001
Figure 112019099289203-pat00001

상기 식중, R1은 H, F, 및 아래 화학식으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나이고,In the above formula, R1 is any one selected from the group consisting of H, F, and the following formula,

Figure 112019099289203-pat00002
Figure 112019099289203-pat00002

Ar은 하기 화학식으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나이고, Ar is any one selected from the group consisting of the following formula,

Figure 112019099289203-pat00003
Figure 112019099289203-pat00003

X는 O, S, Se 또는 Te이고, X is O, S, Se or Te;

n은 1 내지 3이고, n is 1 to 3,

A는 CpH2p+1, CpH2p, CmF2m+1,

Figure 112019099289203-pat00004
, 또는
Figure 112019099289203-pat00005
이고, A is C p H 2p+1 , C p H 2p , C m F 2m+1 ,
Figure 112019099289203-pat00004
, or
Figure 112019099289203-pat00005
ego,

p는 0 내지 24이고, m은 1 내지 12이고, k는 0 내지 8이고, p is 0 to 24, m is 1 to 12, k is 0 to 8,

상기 식 중 R2는 H, CpH2p+1, CpH2p, CmF2m+1,

Figure 112019099289203-pat00006
,
Figure 112019099289203-pat00007
, 및 하기 화학식으로 표시되는 그룹에서 선택된 어느 하나이고, In the above formula, R 2 is H, C p H 2p+1 , C p H 2p , C m F 2m+1 ,
Figure 112019099289203-pat00006
,
Figure 112019099289203-pat00007
, and any one selected from the group represented by the following formula,

Figure 112019099289203-pat00008
,
Figure 112019099289203-pat00009
Figure 112019099289203-pat00008
,
Figure 112019099289203-pat00009

A는 CpH2p+1, CpH2p, CmF2m+1,

Figure 112019099289203-pat00010
, 또는
Figure 112019099289203-pat00011
이고, A is C p H 2p+1 , C p H 2p , C m F 2m+1 ,
Figure 112019099289203-pat00010
, or
Figure 112019099289203-pat00011
ego,

p는 0 내지 24이고, m은 1 내지 12이고, k는 0 내지 8이고, p is 0 to 24, m is 1 to 12, k is 0 to 8,

상기 식 중 R3는 NH2 또는 NHCOR이고, Wherein R 3 is NH 2 or NHCOR,

R은 CH3, CF3, 벤젠, CpH2p+1, CpH2p, CmF2m+1,

Figure 112019099289203-pat00012
, 또는
Figure 112019099289203-pat00013
이고R is CH 3 , CF 3 , benzene, C p H 2p+1 , C p H 2p , C m F 2m+1 ,
Figure 112019099289203-pat00012
, or
Figure 112019099289203-pat00013
ego

p는 0 내지 24이고, m은 1 내지 12이고, k는 0 내지 8이다. p is 0 to 24, m is 1 to 12, and k is 0 to 8.

화학식 2는 π-π 상호작용에 의한 스택킹(stacking)이 가능한 구아닌 유도체를 나타낸다. Formula 2 represents a guanine derivative capable of stacking by π-π interaction.

[화학식 2] [Formula 2]

Figure 112019099289203-pat00014
Figure 112019099289203-pat00014

상기 식 중 R2는 H, CpH2p+1, CpH2p, CmF2m+1,

Figure 112019099289203-pat00015
,
Figure 112019099289203-pat00016
, 및 하기 화학식으로 표시되는 그룹에서 선택된 어느 하나이고, In the above formula, R 2 is H, C p H 2p+1 , C p H 2p , C m F 2m+1 ,
Figure 112019099289203-pat00015
,
Figure 112019099289203-pat00016
, and any one selected from the group represented by the following formula,

Figure 112019099289203-pat00017
,
Figure 112019099289203-pat00018
Figure 112019099289203-pat00017
,
Figure 112019099289203-pat00018

A는 CpH2p+1, CpH2p, CmF2m+1,

Figure 112019099289203-pat00019
, 또는
Figure 112019099289203-pat00020
이고, A is C p H 2p+1 , C p H 2p , C m F 2m+1 ,
Figure 112019099289203-pat00019
, or
Figure 112019099289203-pat00020
ego,

p는 0 내지 24이고, m은 1 내지 12이고, k는 0 내지 8이고, p is 0 to 24, m is 1 to 12, k is 0 to 8,

상기 식 중 R3는 NH2 또는 NHCOR이고, Wherein R 3 is NH 2 or NHCOR,

R은 CH3, CF3, 벤젠, CpH2p+1, CpH2p, CmF2m+1,

Figure 112019099289203-pat00021
, 또는
Figure 112019099289203-pat00022
이고R is CH 3 , CF 3 , benzene, C p H 2p+1 , C p H 2p , C m F 2m+1 ,
Figure 112019099289203-pat00021
, or
Figure 112019099289203-pat00022
ego

p는 0 내지 24이고, m은 1 내지 12이고, k는 0 내지 8이고, p is 0 to 24, m is 1 to 12, k is 0 to 8,

상기 식 중 Ac는 하기 화학식들 중에서 선택된 어느 하나이다. In the above formula, Ac is any one selected from the following formulas.

Figure 112019099289203-pat00023
,
Figure 112019099289203-pat00024
Figure 112019099289203-pat00023
,
Figure 112019099289203-pat00024

화학식 3은 핵산 단위체(20)의 다른 예로 잔탄(xanthan) 또는 이의 유도체를 나타낸다. Formula 3 represents xanthan or a derivative thereof as another example of the nucleic acid unit 20.

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112019099289203-pat00025
Figure 112019099289203-pat00025

상기 식중, R1은 H, F, 및 아래 화학식으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나이고,In the above formula, R1 is any one selected from the group consisting of H, F, and the following formula,

Figure 112019099289203-pat00026
Figure 112019099289203-pat00026

Ar은 하기 화학식으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나이고, Ar is any one selected from the group consisting of the following formula,

Figure 112019099289203-pat00027
Figure 112019099289203-pat00027

X는 O, S, Se 또는 Te이고, X is O, S, Se or Te;

n은 1 내지 3이고, n is 1 to 3,

A는 CpH2p+1, CpH2p, CmF2m+1,

Figure 112019099289203-pat00028
, 또는
Figure 112019099289203-pat00029
이고, A is C p H 2p+1 , C p H 2p , C m F 2m+1 ,
Figure 112019099289203-pat00028
, or
Figure 112019099289203-pat00029
ego,

p는 0 내지 24이고, m은 1 내지 12이고, k는 0 내지 8이고, p is 0 to 24, m is 1 to 12, k is 0 to 8,

상기 식 중 R2는 H, CpH2p+1, CpH2p, CmF2m+1,

Figure 112019099289203-pat00030
,
Figure 112019099289203-pat00031
, 및 하기 화학식으로 표시되는 그룹에서 선택된 어느 하나이고, In the above formula, R 2 is H, C p H 2p+1 , C p H 2p , C m F 2m+1 ,
Figure 112019099289203-pat00030
,
Figure 112019099289203-pat00031
, and any one selected from the group represented by the following formula,

Figure 112019099289203-pat00032
,
Figure 112019099289203-pat00033
Figure 112019099289203-pat00032
,
Figure 112019099289203-pat00033

A는 CpH2p+1, CpH2p, CmF2m+1,

Figure 112019099289203-pat00034
, 또는
Figure 112019099289203-pat00035
이고, A is C p H 2p+1 , C p H 2p , C m F 2m+1 ,
Figure 112019099289203-pat00034
, or
Figure 112019099289203-pat00035
ego,

p는 0 내지 24이고, m은 1 내지 12이고, k는 0 내지 8이다.p is 0 to 24, m is 1 to 12, and k is 0 to 8.

도 3 에는 R1 및/또는 R2를 달리하여 형성한 구아닌의 다양한 예(R1, Q1, Y1, Y2)가 예시되어 있다. 3 illustrates various examples (R1, Q1, Y1, Y2) of guanine formed by changing R 1 and/or R 2 .

도 3에 도시된 구아닌을 적용할 경우 구아닌 사중체로 이루어진 이온채널(10)의 구조적인 안정성이 향상될 수 있다. 구체적으로 도 4에는 도 3에 도시된 분자 개질된 구아닌들(R1, Q1, Y1, Y2)로 이루어진 리튬 단이온 전도체(R1_Li, Q1_Li, Y1_Li, Y2_Li) 각각의 WAXS(Wide Angle X-ray Scattering) 패턴이 도시되어 있다. 도 4에 육각 기둥(hexagonal columnar) 구조에 해당하는 패턴 (d(100), d(110), d(210))과 π-π 상호작용의 적층구조에 해당하는 패턴 (d(001)) 이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 따라서, R1 및/또는 R2를 달리한 분자 개질을 통해서 리튬 단이온 전도체(R1_Li, Q1_Li, Y1_Li, Y2_Li) 각각이 구조적인 안정성을 달성하고 있음을 확인할 수 있다. When the guanine shown in FIG. 3 is applied, the structural stability of the ion channel 10 made of a guanine quadruplex can be improved. Specifically, in FIG. 4, each of the lithium single ion conductors (R1_Li, Q1_Li, Y1_Li, Y2_Li) composed of the molecularly modified guanines (R1, Q1, Y1, Y2) shown in FIG. 3 is WAXS (Wide Angle X-ray Scattering) The pattern is shown. In FIG. 4, the pattern (d (100) , d (110) , d (210) ) corresponding to the hexagonal columnar structure and the pattern (d (001) ) corresponding to the stacked structure of the π-π interaction are can be seen to appear. Accordingly, it can be confirmed that each of the lithium single ion conductors (R1_Li, Q1_Li, Y1_Li, Y2_Li) achieves structural stability through molecular modification in which R 1 and/or R 2 are different.

도 5는 R3를 변형할 경우 중심 양이온(30)과 이온 채널(10) 사이의 인력을 조절할 수 있음을 나타내는 개략도이다. 5 is a schematic diagram showing that the attraction between the central cation 30 and the ion channel 10 can be adjusted when R 3 is modified.

이하에서는 단위체 구조 개질을 통해 중심 양이온(30)과 이온 채널(10) 사이의 인력을 조절하는 것을 포텐셜 에너지 표면(Potential Energy Surface, PES) 제어라고 칭한다. Hereinafter, controlling the attractive force between the central cation 30 and the ion channel 10 through the unit structure modification is referred to as a potential energy surface (PES) control.

도 5에 예시되어 있는 바와 같이 구아닌 단위체의 구조 개질을 통해 구아닌 사중체의 정전 포텐셜(electrostatic potential)(Ha/e-)을 -0.11162 내지 -0.10481 범위에서 제어할 수 있음을 알 수 있다. 도 5의 수치범위는 예시적인 것으로 치환기의 변형을 통해 이들 값은 좀 더 낮게 제어할 수 있음은 물론이다. As illustrated in FIG. 5 , it can be seen that the electrostatic potential (Ha/e − ) of the guanine quadruplex can be controlled in the range of -0.11162 to -0.10481 through structural modification of the guanine unit. Of course, the numerical range of FIG. 5 is exemplary, and these values can be controlled to be lower through modification of the substituent.

도 5의 결과로부터 포텐셜 에너지 표면 제어를 통해서 이온의 이동 배리어(migration barrier)를 낮출 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 고체상 이온전도체(1)의 이온전도도를 기존의 고체상 이온전도체의 이온전도도를 초월하여 구현할 수 있다. 예를 들면 이온 전도도가 10-10 ~ 10-2 S/cm 가 되도록 제어할 수 있다. It can be seen from the results of FIG. 5 that the ion migration barrier can be lowered through the potential energy surface control. Therefore, the ionic conductivity of the solid-state ion conductor 1 can be realized beyond the ionic conductivity of the existing solid-state ion conductor. For example, the ionic conductivity may be controlled to be 10 -10 to 10 -2 S/cm.

도 6은 구조 안정화를 위한 구아닌 단위체의 분자 개질을 설명하기 위한 합성 모식도이다. 6 is a synthetic schematic diagram for explaining the molecular modification of the guanine unit for structural stabilization.

도 6에서는 3,4,5-트리도데실-벤질-에틸(tridodecyloxy-benzyl-ethyl)기가 치환된 구아닌의 제조방법을 예시로 하여 설명한다. In FIG. 6, a method for preparing guanine substituted with 3,4,5-tridodecyl-benzyl-ethyl (tridodecyloxy-benzyl-ethyl) group will be described as an example.

먼저 에틸-3,4,5-트리하이드록시-벤조에이트(ethyl-3,4,5-trihydroxy-benzoate)를 브롬화데칸(bromodecane)과 반응시킨 후, LiAlH4와 PBr3와 순차적으로 반응시켜 3,4,5-트리도데실-벤질-에틸 브롬화물을 형성한 후, 이를 구아닌과 반응시켜 3,4,5-트리도데실-벤질-에틸기가 치환된 구아닌을 형성한다. First, ethyl-3,4,5-trihydroxy-benzoate (ethyl-3,4,5-trihydroxy-benzoate) was reacted with bromodecane, and then sequentially reacted with LiAlH4 and PBr3 to 3,4 After forming ,5-tridodecyl-benzyl-ethyl bromide, it is reacted with guanine to form guanine substituted with 3,4,5-tridodecyl-benzyl-ethyl group.

이와 같이 형성된 치환된 구아닌은 3,4,5-트리도데실-벤질-에틸기로 인해 구조적인 안정성을 달성할 수 있다. The thus formed substituted guanine can achieve structural stability due to the 3,4,5-tridodecyl-benzyl-ethyl group.

도 7은 PES를 조절하여 이온전도도 특성을 향상시키기 위한 구아닌 단위체의 분자 개질을 설명하기 위한 개략도이다. 7 is a schematic diagram illustrating molecular modification of a guanine unit to improve ionic conductivity properties by controlling PES.

도 7은 R2로 3,4,5-트리도데실-벤질-에틸기가 R3로 아세틸기가 치환된 구아닌 단위체의 제조방법을 설명하고 있다. 7 is 3,4,5-tree, R 2 dodecyl-ethyl group and the described method of manufacturing the unit guanine acetyl group is substituted by R 3-benzyl.

먼저 구아닌에 아세틸기를 치환한 후, 이어서 3,4,5-트리도데실-벤질-에틸 브롬화물과 반응시켜서 PES가 조절된 구아닌 단위체(Acetyl Q1, AQ1)을 제조할 수 있다. First, guanine is substituted with an acetyl group, and then reacted with 3,4,5-tridodecyl-benzyl-ethyl bromide to prepare PES-controlled guanine units (Acetyl Q1, AQ1).

도 8은 핵산 기반 고체상 단이온 전도체(1)의 제조 방법을 설명하기 위한 개략도이다.8 is a schematic diagram for explaining a method of manufacturing a nucleic acid-based solid-phase single-ion conductor (1).

먼저 핵산 단위체(20)와 중심 양이온(30)을 포함하는 염을 소정 몰비로 혼합한 용액을 제조한다. First, a solution in which the nucleic acid unit 20 and the salt containing the central cation 30 are mixed in a predetermined molar ratio is prepared.

도 8에서는 핵산 단위체(20)로 아세틸기가 치환되어 PES 제어되고 3,4,5-트리도데실-벤질-에틸기가 치환되어 구조 안정화를 달성한 구아닌 핵산 단위체(AQ1)를 예시하고, 중심 양이온(30)으로 리튬 이온을 예시하고 있으나, 이들은 다양한 핵산 단위체 및 중심 양이온으로 변경될 수 있음은 물론이다. 8 illustrates a guanine nucleic acid unit (AQ1) in which an acetyl group is substituted with a nucleic acid unit 20 to achieve PES control, and a 3,4,5-tridodecyl-benzyl-ethyl group is substituted to achieve structural stabilization, and a central cation ( 30) exemplifies lithium ions, but these may be changed to various nucleic acid units and central cations.

핵산 단위체(20)가 분자 개질된 구아닌이고, 중심 양이온(30)이 리튬 이온인 경우에는 4:1의 몰비로 혼합한 용액을 사용할 수 있다. 이 때 용매로는 THF, CHCl3, 아세톤 등이 사용될 수 있다. When the nucleic acid unit 20 is molecularly modified guanine and the central cation 30 is lithium ion, a solution mixed in a molar ratio of 4:1 may be used. In this case, as the solvent, THF, CHCl 3 , acetone, etc. may be used.

혼합 용액 내에서 핵산 단위체(20)와 중심 양이온(30)이 정전기적 인력(예., 수소 결합)으로 결합하여 마크로사이클(40)을 형성한다. In the mixed solution, the nucleic acid unit 20 and the central cation 30 are combined by electrostatic attraction (eg, hydrogen bonding) to form the macrocycle 40 .

이어서, 마크로사이클(예, 구아닌 사증체)들이 π-π상호작용(interaction)으로 적층되어 이온 채널(10)을 형성한다. Then, macrocycles (eg, guanine metabolites) are stacked in a π-π interaction to form an ion channel 10 .

일반적으로 핵산 기반 사중체의 경우 마크로사이클이 4~5개 정도 쌓이는 것이 최대인 반면, 실시예들에 따른 이온 채널(10)은 10개 이상 많게는 수십개의 마크로사이클이 적층되고 결정성이 향상된다. In general, in the case of a nucleic acid-based quadruplex, the maximum is that about 4 to 5 macrocycles are stacked, whereas in the ion channel 10 according to embodiments, 10 or more and at most tens of macrocycles are stacked and crystallinity is improved.

그 이유는 핵산 기반 사중체를 고체상으로 합성했기 때문이다. 일반적인 핵산 기반 사중체의 관찰 보고는 액상에서 진행된 경우가 대부분이며, 액상에서는 중심 양이온의 크기와 용매화 에너지가 사중체의 안정성에 영향을 준다. The reason is that a nucleic acid-based quadruplex was synthesized as a solid phase. Most of the observation reports of nucleic acid-based quadrules were conducted in the liquid phase, and in the liquid phase, the size of the central cation and the solvation energy affect the stability of the quadruple.

실시예들에 따른 고체상 사중체의 합성은 중심 이온의 용매화 에너지를 배제할 수 있어서 단위 전하 밀도가 높은 Li+을 중심 이온으로 하여 사중체가 형성된다.The synthesis of the solid-phase quadruplex according to the embodiments may exclude the solvation energy of the central ion, so that the quadruplex is formed using Li+ having a high unit charge density as the central ion.

또한, K+는 이온 크기가 커서 2개의 사중체 사이에 위치하게 되는 반면, Li+는 크기가 작아서 하나의 사중체 사이에 위치하게 된다. 따라서, Li+ 기반 사중체는 상대적으로 적층 안정성이 높아진다. In addition, K+ has a large ion size and is positioned between two quadruples, whereas Li+ has a small size and is positioned between one quadruple. Accordingly, the Li+-based quadruplex has relatively high stacking stability.

충분한 자가조립 시간을 확보하기 위해 추출용매 (아세톤, 에틸 에테르 등)을 충분히 낮은 속도로 혼합 용액에 주입한 후 석출된 조립체를 세척/건조하여 핵산 기반 고체상 단이온 전도체(1)를 수득할 수 있다.In order to ensure sufficient self-assembly time, an extraction solvent (acetone, ethyl ether, etc.) is injected into the mixed solution at a sufficiently low rate, and then the precipitated assembly is washed/dried to obtain a nucleic acid-based solid-phase single-ion conductor (1). .

이온 채널(10) 들이 다양한 수직 배향 방법에 의해 수직으로 배향되어 최종적으로 핵산 기반 고체상 단이온 전도체(1)를 형성한다. The ion channels 10 are vertically oriented by various vertical alignment methods to finally form a nucleic acid-based solid-phase single ion conductor 1 .

수직 배향 방법으로는 J. Am. Chem. Soc. 2006, 128 ,5574 또는 ACS Nano 2014, 8 ,11977. 등에 개시된 방법을 적용할 수 있다. The vertical orientation method is described in J. Am. Chem. Soc. 2006, 128,5574 or ACS Nano 2014, 8,11977. The method disclosed in et al. can be applied.

실시예들에 따른 핵산 기반 고체상 단이온 전도체(1)는 활성화 에너지가 0.13eV 정도를 나타낼 수 있다. 이는 종래의 무기 전해질 대비 현저하게 낮은 수치이다. 그리고 실시예들에 따른 핵산 기반 고체상 단이온 전도체(1)는 양이온만 선택적으로 이동하는 전도체이므로 우수한 양이온 수송 계수(Cation transference number)를 나타낼 수 있다. 구체적으로 양이온 수송 계수(tLi +)가 0.7~0.99 정도를 나타낼 수 있다. The nucleic acid-based solid-state single ion conductor 1 according to embodiments may have an activation energy of about 0.13 eV. This is significantly lower than that of the conventional inorganic electrolyte. And, since the nucleic acid-based solid-phase single ion conductor 1 according to the embodiments is a conductor that selectively moves only cations, it may exhibit an excellent cation transference number. Specifically, the cation transport coefficient (t Li + ) may represent about 0.7 to 0.99.

도 9는 실시예들에 따른 핵산 기반 고체상 단이온 전도체(1)로 이루어진 전해질층(11)을 포함하는 전고상 리튬 이온 전지(all solid state lithium ion cell)의 개략도이다. 9 is a schematic diagram of an all solid state lithium ion cell including an electrolyte layer 11 made of a nucleic acid-based solid state single ion conductor 1 according to embodiments.

전고체 리튬 이온 전지는 핵산 기반 고체상 단이온 전도체(1)로 이루어진 전해질층(11)의 양측으로 각각 애노드(2)와 캐소드(4)가 접하고 있으며 애노드(2)의 외측에 애노드 집전체(3)가 캐소드(4)의 외측에 캐소드 집전체(5)가 접하고 있다. 충전 시에는, 애노드(2)측에 전자(e-)가 공급되고, 애노드(2)에 리튬 이온(Li+)이 축적된다. 한편, 방전 시에는, 애노드(2)에 축적된 리튬 이온(Li+)이 캐소드(4)측으로 되돌아가, 작동 부위(6)에 전자가 공급된다. In the all-solid-state lithium ion battery, the anode 2 and the cathode 4 are in contact on both sides of the electrolyte layer 11 made of the nucleic acid-based solid-state single ion conductor 1, respectively, and the anode current collector 3 is located on the outside of the anode 2 ) is the cathode current collector 5 is in contact with the outside of the cathode (4). During charging, electrons (e-) are supplied to the anode 2 side, and lithium ions (Li+) are accumulated in the anode 2 . On the other hand, during discharge, lithium ions (Li+) accumulated in the anode 2 return to the cathode 4 side, and electrons are supplied to the operation site 6 .

핵산 기반 고체상 단이온 전도체(1)를 포함하는 전해질층(11)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 애노드(2)와 캐소드(4)의 단락을 방지할 수 있는 한 가능한 한 얇은 것이 바람직하다. 구체적으로는 1~1000μm인 것이 바람직하고, <200μm인 것이 보다 바람직하다.The thickness of the electrolyte layer 11 comprising the nucleic acid-based solid-state single ion conductor 1 is not particularly limited, but it is preferably as thin as possible to prevent a short circuit between the anode 2 and the cathode 4 . Specifically, it is preferable that it is 1-1000 micrometers, and it is more preferable that it is <200 micrometers.

또한, 상기 애노드 집전체(3), 애노드(2), 핵산 기반 고체상 단이온 전도체(1)를 포함하는 전해질층(11), 캐소드(4), 캐소드 집전체(5)의 각 층의 사이 혹은 그 외측에는, 기능성의 층이나 부재 등을 적절히 개재 내지 배치해도 된다. 또한, 각 층은 단층으로 구성되어 있어도 되고, 복층으로 구성되어 있어도 된다.In addition, the anode current collector (3), the anode (2), the electrolyte layer 11 including the nucleic acid-based solid-state single ion conductor (1), the cathode (4), between each layer of the cathode current collector (5) or You may interpose or arrange|position a functional layer, a member, etc. suitably on the outer side. In addition, each layer may be comprised by a single layer, and may be comprised by multiple layers.

필요에 따라서는 전해질층(11)을 기존 전해질과 실시예들에 따른 핵산 기반 고체상 단이온 전도체의 복합 형태로 구성할 수 있다. 예를 들어 액체 전해질 (1M LiPF6 in EC/DEC=1/1 (v/v), 1M LiTFSI in DOL/DME=1/1 (v/v) 등), 고분자 전해질 (PEO w/ Li salt, lithiated nafion 등), 무기 전해질 (LLZO, LGPS 등) 과 핵산 기반 고체상 단이온 전도체를 복합화하여 전해질층(11)을 구성하여 각 전해질의 장점을 복합적으로 사용할 수 있다. If necessary, the electrolyte layer 11 may be configured in a complex form of an existing electrolyte and a nucleic acid-based solid-state monoion conductor according to embodiments. For example, liquid electrolyte (1M LiPF6 in EC/DEC=1/1 (v/v), 1M LiTFSI in DOL/DME=1/1 (v/v), etc.), polymer electrolyte (PEO w/ Li salt, lithiated nafion, etc.), inorganic electrolytes (LLZO, LGPS, etc.) and a nucleic acid-based solid-phase single-ion conductor are combined to form the electrolyte layer 11, so that the advantages of each electrolyte can be used in a complex way.

도 10은 실시예들에 따른 핵산 기반 고체상 전도체(1)로 금속 전지 음극(100)용 보호막(111)을 형성한 경우를 예시한다. 10 illustrates a case in which the protective film 111 for the negative electrode 100 of a metal battery is formed with the nucleic acid-based solid-state conductor 1 according to the embodiments.

금속 전지 음극, 예컨대 리튬 금속 음극은 전극/전해질 계면 부반응에 의한 표면 저항층 증가, 전해질 및 리튬 고갈, 불균일한 리튬의 전착 및 용출에 의한 덴드라이트 형성과 전지 내부 단락 등의 문제가 발생하는 것으로 알려져 있다. Metal battery negative electrodes, such as lithium metal negative electrodes, are known to cause problems such as increased surface resistance layer due to electrode/electrolyte interface side reactions, electrolyte and lithium depletion, dendrite formation due to non-uniform lithium electrodeposition and elution, and short circuit inside the battery. have.

도 10에 예시되어 있는 바와 같이 금속 전지 음극(100)(예., 리튬 금속 음극)에 실시예들에 따른 핵산 기반 고체상 전도체(1)로 이루어진 보호막(111)을 형성할 경우, 위에서 언급한 바와 같은 비가역적인 문제가 발생하지 않아 리튬 금속 전지 음극의 수명특성을 향상시킬 수 있다. When the protective film 111 made of the nucleic acid-based solid-state conductor 1 according to the embodiments is formed on the metal battery negative electrode 100 (eg, lithium metal negative electrode) as illustrated in FIG. 10 , as described above Since the same irreversible problem does not occur, the lifespan characteristics of the lithium metal battery negative electrode can be improved.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예들을 제시하나, 하기 실험예들은 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred experimental examples are presented to help the understanding of the present invention, but the following experimental examples are merely illustrative of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

실험예 1Experimental Example 1

구아닌 사중체 기반 고체상 단이온 전도체 제조 Preparation of guanine quadruple-based solid-phase monoionic conductors

하기 화학식 4로 표시되는 분자 개질된 구아닌(Y2)과 리튬 염을 4:1의 몰비로 혼합한 테트라하이드로퓨란 용액을 준비하였다. 혼합 용액 내 핵산 분자의 충분한 자가조립 시간을 확보하기 위해, 추출용매 (아세톤)을 기체상태로 주입하였다. 이어서, 석출된 조립체를 세척/건조하여 화학식 4로 표시되는 분자 개질된 구아닌(Y2)기반 리튬 단이온 전도체(Y2_Li)를 제조하였다. A tetrahydrofuran solution was prepared in which molecularly modified guanine (Y2) represented by the following Chemical Formula 4 and a lithium salt were mixed in a molar ratio of 4:1. In order to secure sufficient time for self-assembly of the nucleic acid molecules in the mixed solution, an extraction solvent (acetone) was injected in a gaseous state. Then, the precipitated assembly was washed/dried to prepare a molecularly modified guanine (Y2)-based lithium single ion conductor (Y2_Li) represented by Chemical Formula 4 (4).

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112019099289203-pat00036
Figure 112019099289203-pat00036

화학식 4으로 표시되는 분자 개질된 구아닌(Y2)기반 리튬 단이온 전도체(Y2_Li)의 자가조립 확인Confirmation of self-assembly of molecularly modified guanine (Y2)-based lithium single ion conductor (Y2_Li) represented by Formula 4

제조된 물질(Y2_Li)로 지름이 1cm 정도인 고체상 쉬트를 형성한 결과가 도11의 좌측에 도시되어 있으며, 이 고체상 쉬트에 대해서 XRD를 측정한 결과가 도 11의 우측에 도시되어 있다. XRD 측정 데이터로부터 육각 기둥(hexagonal columnar) 구조에 해당하는 패턴 (d(100), d(110), d(210))과 π-π 상호작용의 적층구조에 해당하는 패턴 (d(001)) 이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 자기 정렬된 단이온 전도체가 형성되었음을 확인할 수 있다. The result of forming a solid sheet having a diameter of about 1 cm with the prepared material (Y2_Li) is shown on the left side of FIG. 11 , and the result of XRD measurement on the solid sheet is shown on the right side of FIG. 11 . From the XRD measurement data, the pattern corresponding to the hexagonal columnar structure (d (100) , d (110) , d (210) ) and the pattern corresponding to the stacked structure of the π-π interaction (d (001) ) You can see that this appears. Through this, it can be confirmed that a self-aligned single ion conductor is formed.

화학식 4로 표시되는 분자 개질된 구아닌(Y2)기반 리튬 단이온 전도체(Y2_Li)의 양이온 수송계수 및 아레니우스 플로트(Arrhenius plot) 측정 Measurement of cation transport coefficient and Arrhenius plot of molecularly modified guanine (Y2)-based lithium monoion conductor (Y2_Li) represented by Formula 4

도 12의 좌측에는 아레니우스 플로트 측정 결과과 우측에는 종래의 전해질의 활성화 에너지가 도시되어 있다. 측정 결과로부터 화학식 4로 표시되는 분자 개질된 구아닌(Y2) 기반 리튬 단이온 전도체(Y2_Li)는 0.13 eV의 활성화 에너지를 나타냄을 알 수 있다. 이로부터 종래의 전해질 대비 활성화 에너지를 현저하게 낮출 수 있음을 알 수 있다.The left side of FIG. 12 shows the result of Arrhenius float measurement and the right side shows the activation energy of the conventional electrolyte. From the measurement results, it can be seen that the molecularly modified guanine (Y2)-based lithium single ion conductor (Y2_Li) represented by Chemical Formula 4 exhibits an activation energy of 0.13 eV. From this, it can be seen that the activation energy can be significantly lowered compared to the conventional electrolyte.

실험예 2Experimental Example 2

PES 제어된 구아닌 사중체 기반 고체상 단이온 전도체 제조PES Controlled Guanine Quadruple-Based Solid Phase Monoionic Conductor Fabrication

하기 화학식 5로 표시되는 분자 개질된 구아닌(AQ1)으로 이루어진 리튬 단이온 전도체(AQ1-Li)와 하기 화학식 6으로 표시되는 분자 개질된 구아닌(Q1)으로 이루어진 리튬 단이온 전도체(Q1_Li)를 실험예 1의 방법과 동일하게 하여 제조하였다. Experimental Example A lithium single ion conductor (AQ1-Li) consisting of molecularly modified guanine (AQ1) represented by the following Chemical Formula 5 and a lithium single ion conductor (Q1_Li) consisting of a molecularly modified guanine (Q1) represented by the following Chemical Formula 6 were tested. It was prepared in the same manner as in 1.

[화학식 5] [Formula 5]

Figure 112019099289203-pat00037
Figure 112019099289203-pat00037

[화학식 6] [Formula 6]

Figure 112019099289203-pat00038
Figure 112019099289203-pat00038

단이온 전도체의 WAXS 패턴과 이온 전도도 측정Measurement of WAXS pattern and ionic conductivity of monoionic conductors

화학식 4로 표시되는 분자 개질된 구아닌(AQ1)으로 이루어진 리튬 단이온 전도체(AQ1_Li)와 화학식 5로 표시되는 분자 개질된 구아닌(Q1)으로 이루어진 리튬 단이온 전도체(Q1_Li) 각각의 WAXS(Wide Angle X-ray Scattering) 패턴이 도 13에 이온 전도도(Nyquist plot)가 도 14에 도시되어 있다. WAXS (Wide Angle X) of a lithium single ion conductor (AQ1_Li) composed of a molecularly modified guanine (AQ1) represented by Formula 4 and a lithium single ion conductor (Q1_Li) composed of a molecularly modified guanine (Q1) represented by Formula 5 -ray scattering) pattern is shown in FIG. 13 and ion conductivity (Nyquist plot) is shown in FIG. 14 .

도 13의 결과로부터 Q1_Li와 AQ1_Li가 비슷한 육각 기둥(hexagonal columnar) 구조를 갖고 있음을 알 수 있다. 도 14의 결과로부터 PES 제어를 진행한 AQ1의 경우 이온 전도도가 10-5 S/cm 로 향상됨을 알 수 있다. 이는 AQ1_Li 내에서 리튬 이온(Li+)과 사중체(Quadruplex) 분자 간의 상호작용이 Q1_Li보다 낮아졌기 때문인 것으로 해석된다. 즉, PES 제어를 통해서 이온 전도도를 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다. It can be seen from the results of FIG. 13 that Q1_Li and AQ1_Li have a similar hexagonal columnar structure. From the results of FIG. 14 , it can be seen that in the case of AQ1 subjected to PES control, the ionic conductivity is improved to 10 −5 S/cm. This is interpreted because the interaction between lithium ions (Li+) and quadruplex molecules in AQ1_Li is lower than that of Q1_Li. That is, it can be confirmed that the ionic conductivity can be improved through the PES control.

상기에서는 다양한 실시예들에 대하여 설명하였지만, 권리범위는 이에 의해 한정되는 것이 아니다. 구현되는 형태는 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 권리 범위에 속하는 것은 당연하다.Although various embodiments have been described above, the scope of the rights is not limited thereto. The implemented form can be implemented with various modifications within the scope of the detailed description and accompanying drawings of the invention, and it is natural that this also falls within the scope of the right.

Claims (14)

적어도 3 개 내지 8개의 핵산 단위체로 이루어진 핵산 복합체; 및
상기 핵산 복합체의 중심에 배치된 중심 양이온을 포함하는 핵산 기반 고체상 단이온 전도체.
a nucleic acid complex consisting of at least 3 to 8 nucleic acid units; and
A nucleic acid-based solid-state monoionic conductor comprising a central cation disposed at the center of the nucleic acid complex.
제1 항에 있어서,
상기 핵산 단위체는 퓨린계 핵산, 치환된 퓨린계 핵산, 피리미딘계 핵산, 치환된 피리미딘계 핵산, 또는 이들의 파생 분자인 핵산 기반 고체상 단이온 전도체.
According to claim 1,
The nucleic acid unit is a nucleic acid-based solid-state single ion conductor which is a purine-based nucleic acid, a substituted purine-based nucleic acid, a pyrimidine-based nucleic acid, a substituted pyrimidine-based nucleic acid, or a derivative molecule thereof.
제1 항에 있어서,
상기 핵산 단위체는 퓨린계 핵산, 치환된 퓨린계 핵산, 또는 이들의 파생 분자인 핵산 기반 고체상 단이온 전도체.
According to claim 1,
The nucleic acid unit is a purine-based nucleic acid, a substituted purine-based nucleic acid, or a nucleic acid-based solid-state single-ion conductor that is a derivative molecule thereof.
제1 항에 있어서,
상기 양이온은 Li+, Na+, K+, Mg++, Zn++, 또는 Al+++인 핵산 기반 고체상 단이온 전도체.
According to claim 1,
The cation is Li+, Na+, K+, Mg++, Zn++, or Al+++.
제1 항에 있어서,
상기 핵산 기반 고체상 단이온 전도체는
상기 핵산 복합체와 중심 양이온이 결합된 마크로사이클이 적층되어 형성된 이온 채널이 다수개 집적되어 형성된 핵산 기반 고체상 단이온 전도체.
According to claim 1,
The nucleic acid-based solid-phase monoion conductor is
A nucleic acid-based solid-state single ion conductor formed by integrating a plurality of ion channels formed by stacking the macrocycle to which the nucleic acid complex and the central cation are bound.
제5 항에 있어서,
상기 이온 채널은 다수개이고, 상기 다수개의 이온 채널이 수직으로 배향된 핵산 기반 고체상 단이온 전도체.
6. The method of claim 5,
The plurality of ion channels is a nucleic acid-based solid-state single ion conductor in which the plurality of ion channels are vertically oriented.
제 1항에 있어서,
상기 핵산 기반 고체상 단이온 전도체의 이온 전도도는 10-6 ~ 10-3 S/cm 인 핵산 기반 고체상 단이온 전도체.
The method of claim 1,
The nucleic acid-based solid-phase single-ion conductor has an ionic conductivity of 10 -6 to 10 -3 S/cm.
제 1항에 있어서,
상기 핵산 기반 고체상 단이온 전도체의 양이온 수송 계수는 0.8 이상인 핵산 기반 고체상 단이온 전도체.
The method of claim 1,
A cation transport coefficient of the nucleic acid-based solid-phase monoionic conductor is 0.8 or more.
제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따른 핵산 기반 고체상 단이온 전도체를 포함하는 전해질.An electrolyte comprising a nucleic acid-based solid-state monoion conductor according to any one of claims 1 to 8. 제 9항에 있어서, 상기 전해질은 액체 전해질, 고분자 전해질 및 무기 전해질로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나를 더 포함하는 전해질.10. The electrolyte of claim 9, wherein the electrolyte further comprises any one selected from the group consisting of a liquid electrolyte, a polymer electrolyte, and an inorganic electrolyte. 제 9항에 따른 전해질을 포함하는 리튬 이온 전지. A lithium ion battery comprising the electrolyte according to claim 9 . 제 11항에 있어서,
상기 전해질은 액체 전해질, 고분자 전해질 및 무기 전해질로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나를 더 포함하는 리튬 이온 전지.
12. The method of claim 11,
The electrolyte is a lithium ion battery further comprising any one selected from the group consisting of a liquid electrolyte, a polymer electrolyte, and an inorganic electrolyte.
제 1항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따른 핵산 기반 고체상 단이온 전도체를 포함하는 금속 전지 음극용 보호막.A protective film for a metal battery negative electrode comprising a nucleic acid-based solid-state single ion conductor according to any one of claims 1 to 8. 제 13항에 따른 보호막을 포함하는 금속 전지. A metal battery comprising the protective film according to claim 13 .
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