KR20210106329A - Complex fiber, solid state electrolyte comprising the same, and metal-air battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

A solid electrolyte is provided. The solid electrolyte may include a membrane including cellulose and more than 30 wt% and less than 70 wt% of chitosan bound to the cellulose of the membrane.

Description

복합 섬유, 이를 포함하는 고체 전해질, 및 이를 포함하는 금속 공기 전지{Complex fiber, solid state electrolyte comprising the same, and metal-air battery comprising the same}Composite fiber, a solid electrolyte including the same, and a metal-air battery including the same

본 출원은 복합 섬유, 이를 포함하는 고체 전해질, 및 이를 포함하는 금속 공기 전지에 관련된 것이다. The present application relates to a composite fiber, a solid electrolyte including the same, and a metal-air battery including the same.

기존 소형 디바이스 및 가전제품용 이차전지를 넘어 전기자동차 및 에너지 저장장치(Energy Storage System, ESS) 등 중대형 고에너지 응용 분야가 급격히 성장함에 따라 이차전지 산업의 시장가치는 2018년 약 220억 달러에 불과하였으나, 2025년 약 1,180억 달러로 성장할 것으로 전망된다. 이처럼 이차전지가 중대형 에너지 저장매체로 활용되기 위해서는 현재 수준보다 획기적으로 향상된 가격경쟁력, 에너지밀도 그리고 안정성이 요구된다. As mid-to-large high-energy applications such as electric vehicles and energy storage systems (ESS) are growing rapidly beyond the existing rechargeable batteries for small devices and home appliances, the market value of the secondary battery industry is only about 22 billion dollars in 2018 However, it is expected to grow to about $118 billion by 2025. As such, in order for secondary batteries to be used as medium and large-sized energy storage media, price competitiveness, energy density, and stability that are significantly improved compared to the current level are required.

이러한 기술적 니즈에 따라서, 고체 전해질을 이용한 이차 전지에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. According to these technical needs, research on secondary batteries using solid electrolytes is being actively conducted.

예를 들어, 국제 공개 특허 공보 WO2014200198A1에는, 복합 전극층 및 복합 전해질층이 일체화된 복합 전극-복합 전해질 합체이고, 상기 복합 전극층은 집전체 및 집전체 위에 형성된 전극 혼합물층을 포함하고, 상기 전극 혼합물층은 전극 활물질, 도전재, 가교 고분자 매트릭스, 해리 가능한 염, 및 유기 용매를포함하고, 상기 복합 전해질층은 가교 고분자 매트릭스, 무기 입자, 해리 가능한 염, 및 유기 용매를 포함하고, 상기 전극 혼합물층 및 상기 복합 전해질층은 중첩되어 물리적으로 결합된 것을 포함하는 복합 전극-복합 전해질 합체를 개시하고 있다For example, in International Patent Publication WO2014200198A1, a composite electrode layer and a composite electrolyte layer are integrated into a composite electrode-composite electrolyte composite, wherein the composite electrode layer includes a current collector and an electrode mixture layer formed on the current collector, and the electrode mixture layer a silver electrode active material, a conductive material, a crosslinked polymer matrix, a dissociable salt, and an organic solvent, wherein the composite electrolyte layer includes a crosslinked polymer matrix, inorganic particles, a dissociable salt, and an organic solvent, the electrode mixture layer and Disclosed is a composite electrode-composite electrolyte composite in which the composite electrolyte layer is superimposed and physically bonded.

다른 예를 들어, 대한민국 등록특허 공보 10-1734301에는, Li 전구체로 이루어진 제1 금속 전구체, Al 전구체로 이루어진 제2 금속 전구체, Ti 전구체로 이루어진 제3 금 속 전구체 및 P 전구체를 킬레이트 형성제와 반응시켜 졸(sol)을 제조하는 제1 단계, 상기 졸을 가열하여 겔(gel)을 제조하는 제2 단계, 상기 겔을 가열해 열분해 시키는 제3 단계, 상기 열분해 된 겔을 공기와 접촉시키며 열처리하는 제4 단계, 상기 제4 단계를 통하여 얻어진 분말을 냉각시키는 제5 단계, 상기 제5 단계에서 냉각된 분말에 소결조제 Bi2O3를 0.2 내지 1wt% 혼합하는 제6 단계, 및 상기 제6 단계에서 얻어진 혼합 분말을 가압 성형하고 공기와 접촉시키면서 850℃에서 소결하는 제7 단계를 포 함하고, 소결체의 상대밀도(%)가 90.0 내지 99.7이고, 이온전도도(S cm-1 )가 7.9 Х 10-4 내지 9.9 Х 10-4를 갖는 것을 특징으로 하는 리튬전지용 고체전해질의 제조방법이 개시되어 있다. For another example, in Korean Patent No. 10-1734301, a first metal precursor made of a Li precursor, a second metal precursor made of an Al precursor, a third metal precursor made of a Ti precursor, and a P precursor are reacted with a chelate former A first step of producing a sol by heating the sol, a second step of producing a gel by heating the sol, a third step of heating the gel to thermally decompose, and a heat treatment by contacting the pyrolyzed gel with air A fourth step, a fifth step of cooling the powder obtained through the fourth step, a sixth step of mixing 0.2 to 1 wt% of a sintering aid Bi 2 O 3 in the powder cooled in the fifth step, and the sixth step while molding the mixed powder obtained in the pressure contact with the air and is included the step 7, and the relative density of sintered body (%) and sintering at 850 ℃ 90.0 to 99.7, the ion conductivity (S cm -1) is 7.9 Х 10 -4 to 9.9 Х 10 -4 A method for producing a solid electrolyte for a lithium battery is disclosed.

본 출원이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 고신뢰성 및 고이온전도도의 고체 전해질 및 이를 포함하는 금속 공기 전지를 제공하는 데 있다. One technical problem to be solved by the present application is to provide a solid electrolyte having high reliability and high ionic conductivity and a metal-air battery including the same.

본 출원이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 장수명의 고체 전해질 및 이를 포함하는 금속 공기 전지를 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present application is to provide a long-life solid electrolyte and a metal-air battery including the same.

본 출원이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 플렉시블하고 높은 기계적 안정성을 갖는 고체 전해질 및 이를 포함하는 금속 공기 전지를 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present application is to provide a solid electrolyte having a flexible and high mechanical stability and a metal-air battery including the same.

본 출원이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 충방전 용량 및 수명이 향상된 금속 공기 전지를 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present application is to provide a metal-air battery with improved charge/discharge capacity and lifespan.

본 출원이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 고체 전해질용 복합 섬유 및 멤브레인, 그리고 이들의 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present application is to provide a composite fiber and a membrane for a solid electrolyte, and a method for manufacturing the same.

본 출원이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problem to be solved by the present application is not limited to the above.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 출원은 고체 전해질을 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present application provides a solid electrolyte.

일 실시 예에 따르면, 상기 고체 전해질은, 셀룰로오스를 포함하는 멤브레인, 및 상기 멤브레인의 상기 셀룰로오스에 결합되고, 30wt% 초과 70wt% 미만의 키토산을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the solid electrolyte may include a membrane including cellulose, and chitosan bonded to the cellulose of the membrane and greater than 30wt% and less than 70wt%.

일 실시 예에 따르면, 상기 키토산은 50wt%일 수 있다. According to one embodiment, the chitosan may be 50wt%.

일 실시 예에 따르면, 상기 키토산이 50wt%인 경우, XPS 분석 결과 C1s 스펙트럼에서 C-N 결합의 비율이 최대값을 가질 수 있다. According to an embodiment, when the chitosan content is 50 wt%, the ratio of C-N bonds in the C1s spectrum as a result of XPS analysis may have a maximum value.

일 실시 예에 따르면, 상기 셀룰로오스는 박테리아 셀룰로오스를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the cellulose may include bacterial cellulose.

일 실시 예에 따르면, 상기 키토산의 비율에 따라서, 결정성, 이온 전도도 및 스웰링 비율이 제어되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, according to the ratio of the chitosan, crystallinity, ionic conductivity, and swelling ratio may be controlled.

일 실시 예에 따르면, 상기 키토산의 비율이 증가할수록, 결정성이 점차적으로 감소되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, as the ratio of the chitosan increases, it may include that the crystallinity is gradually reduced.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 출원은 고체 전해질의 제조 방법을 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present application provides a method of manufacturing a solid electrolyte.

일 실시 예에 따르면, 상기 고체 전해질의 제조 방법은, 키토산 유도체를 준비하는 단계, 상기 키토산 유도체로부터, 셀룰로오스에 결합된 키토산이 생성되는 단계, 및 상기 키토산이 결합된 상기 셀룰로오스를 이용하여 고체 전해질을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the method for preparing the solid electrolyte includes preparing a chitosan derivative, generating chitosan bound to cellulose from the chitosan derivative, and preparing a solid electrolyte using the cellulose to which the chitosan is bound. It may include a manufacturing step.

일 실시 예에 따르면, 상기 키토산 유도체의 비율에 따라서, 결정성, 이온 전도도, 및 스웰링 비율이 제어되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, according to the ratio of the chitosan derivative, crystallinity, ionic conductivity, and swelling ratio may be controlled.

일 실시 예에 따르면, 상기 셀룰로오스는 박테리아 셀룰로오스를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the cellulose may include bacterial cellulose.

일 실시 예에 따르면, 상기 셀룰로오스에 결합된 상기 키토산이 생성되는 단계는, 상기 키토산 유도체를 갖는 배양 배지를 준비하는 단계, 및 상기 배양 배지 내에 박테리아 균주를 주입하고 배양하는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the step of generating the chitosan bound to the cellulose may include preparing a culture medium having the chitosan derivative, and injecting and culturing a bacterial strain in the culture medium.

일 실시 예에 따르면, 상기 고체 전해질의 제조 방법은, 산화제를 이용하여 상기 키토산이 결합된 상기 셀룰로오스의 표면을 산화시켜 제1 복합 섬유를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment, the method for preparing the solid electrolyte may further include preparing the first composite fiber by oxidizing the surface of the cellulose to which the chitosan is bound using an oxidizing agent.

일 실시 예에 따르면, 상기 고체 전해질의 제조 방법은, 상기 키토산이 결합된 상기 셀룰로오스의 표면에 브롬을 결합시키고, 질소를 포함하는 제1 기능기를 브롬과 치환시켜 제2 복합 섬유를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to one embodiment, the method for producing the solid electrolyte comprises the steps of binding bromine to the surface of the cellulose to which the chitosan is bound, and substituting a first functional group containing nitrogen with bromine to prepare a second composite fiber. may include more.

일 실시 예에 따르면, 상기 고체 전해질의 제조 방법은, 산화제를 이용하여 상기 키토산이 결합된 상기 셀룰로오스의 표면을 산화시켜 제1 복합 섬유를 제조하는 단계, 상기 키토산이 결합된 상기 셀룰로오스의 표면에 브롬을 결합시키고, 질소를 포함하는 제1 기능기를 브롬과 치환시켜 제2 복합 섬유를 제조하는 단계, 및 상기 제1 복합 섬유 및 상기 제2 복합 섬유를 가교시키는 단계를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment, the method for preparing the solid electrolyte includes preparing a first composite fiber by oxidizing the surface of the cellulose to which the chitosan is bound using an oxidizing agent, and bromine on the surface of the cellulose to which the chitosan is bound. The method may further include the steps of preparing a second conjugated fiber by bonding to the bromine and substituting a first functional group containing nitrogen with bromine, and crosslinking the first conjugated fiber and the second conjugated fiber.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 출원은 고체 전해질의 중간 생성물을 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present application provides an intermediate product of a solid electrolyte.

일 실시 예에 따르면, 상기 고체 전해질의 중간 생성물은, 키토산 및 상기 키토산과 결합된 박테리아 셀룰로오스를 포함하는 베이스 복합 섬유를 포함하되, 상기 베이스 복합 섬유가 제1 용매 내에 분산된 제1 중간 생성물, 표면이 산화된 상기 베이스 복합 섬유가 제2 용매 내에 분산된 제2 중간 생성물, 표면이 브롬과 결합된 상기 베이스 복합 섬유가 제3 용매 내에 분산된 제3 중간 생성물, 또는 표면이 quaternary N을 갖는 제1 기능기와 결합된 상기 베이스 복합 섬유가 제4 용매 내에 분산된 제4 중간 생성물 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the intermediate product of the solid electrolyte includes a base composite fiber comprising chitosan and bacterial cellulose combined with chitosan, wherein the base composite fiber is dispersed in a first solvent, a first intermediate product, a surface a second intermediate product in which the oxidized base conjugate fibers are dispersed in a second solvent, a third intermediate product in which the base conjugate fibers surface bonded with bromine are dispersed in a third solvent, or a first intermediate product whose surface has quaternary N The base conjugate fiber combined with a functional group may include at least one of a fourth intermediate product dispersed in a fourth solvent.

본 출원의 실시 예에 따른 고체 전해질은, 셀룰로오스를 포함하는 멤브레인, 및 상기 멤브레인의 상기 셀룰로오스에 결합된 키토산을 포함할 수 있다. 상기 고체 전해질은, 상기 베이스 복합 섬유가 네트워크를 구성하는 멤브레인 형태로 제공될 수 있다. 상기 고체 전해질은, 상기 키토산에 의해, 다량의 OH 이온 및 수분을 함유하고, 높은 이온 전도도를 가질 수 있다.The solid electrolyte according to an embodiment of the present application may include a membrane including cellulose, and chitosan bound to the cellulose of the membrane. The solid electrolyte may be provided in the form of a membrane in which the base composite fibers constitute a network. The solid electrolyte may contain a large amount of OH ions and moisture by the chitosan, and may have high ionic conductivity.

이에 따라, 상기 고체 전해질을 포함하는 금속 공기 전지의 충방전 용량 및 수명 특성이 향상될 수 있다. Accordingly, the charge/discharge capacity and lifespan characteristics of the metal-air battery including the solid electrolyte may be improved.

또한, 상기 고체 전해질은, 키토산 유도체를 갖는 배양 배지에 박테리아 균주를 주입하고 배양하는 방법으로 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 고체 전해질 내에 상기 키토산의 함량이 향상될 수 있고, 상기 키토산의 함량이 용이하게 제어될 수 있다. In addition, the solid electrolyte may be prepared by injecting a bacterial strain into a culture medium having a chitosan derivative and culturing. Accordingly, the content of the chitosan in the solid electrolyte can be improved, and the content of the chitosan can be easily controlled.

이에 따라, 상기 고체 전해질의 이온 전도도, 스웰링 비율, 및 수분 함침율이 향상될 수 있다. Accordingly, ionic conductivity, swelling ratio, and water impregnation rate of the solid electrolyte may be improved.

도 1은 본 출원의 실시 예에 따른 고체 전해질의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 출원의 실시 예에 따른 베이스 복합 섬유를 도시한 도면이다.
도 3은 본 출원의 실시 예에 따른 제1 복합 섬유를 도시한 도면이다.
도 4는 본 출원의 실시 예에 따른 제2 복합 섬유를 도시한 도면이다.
도 5는 본 출원의 실시 예에 따른 베이스 복합 섬유를 포함하는 고체 전해질을 도시한 도면이다.
도 6은 본 출원의 실시 예에 따른 고체 전해질을 포함하는 금속 공기 전지를 도시한 도면이다.
도 7은 본 출원의 실험 예 1-2에 따른 제1 복합 섬유 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 출원의 실험 예 1-3에 따른 제2 복합 섬유 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질의 이온 이동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 출원의 실험 예 1-2 내지 1-4에 따라 제조된 제1 복합 섬유, 제2 복합 섬유, 및 고체 전해질의 수소 NMR 분석 결과이다.
도 12는 본 출원의 실험 예 1-4 내지 실험 예 1-7에 따라 제조된 고체 전해질, 박테리아 셀룰로오스, 일반 박테리아 셀룰로오스, 및 셀룰로오스에 대한 XRD 분석 결과이다.
도 13은 본 출원의 실험 예 1-4 내지 1-6에 따라 제조된 고체 전해질, 박테리아 셀룰로오스, 및 일반 박테리아 셀룰로오스에 대한 FT-IR 분석 결과이다
도 14는 본 출원의 실험 예 1-4에 따라 제조된 고체 전해질을 촬영한 SEM 사진이다.
도 15는 본 출원의 실험 예 1-4에 따라 제조된 고체 전해질의 TGA 및 DSC 분석 결과이다.
도 16 내지 도 19는 본 출원의 실험 예 1-4 및 1-5에 따른 고체 전해질 및 박테리아 셀룰로오스의 XPS 분석 결과 그래프들이다.
도 20은 본 출원의 실험 예 1-4에 따라 제조된 고체 전해질의 내염기성 테스트 결과를 설명하기 위한 이온 전도도 측정 결과이다.
도 21은 본 출원의 실험 예 1-4에 따라 제조된 고체 전해질의 내염기성 테스트 결과를 설명하기 위한 XRD 분석 결과이다.
도 22는 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질의 내염기성 테스트 결과를 설명하기 위한 사진이다.
도 23은 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질의 수분 함침율에 따른 스트레스-스트레인 그래프를 도시한 것이다.
도 24는 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질의 기계적 변형에 따른 이온 전도도를 측정한 결과 그래프이다.
도 25는 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질의 저장 탄성율(storage modulus)을 측정한 그래프이다.
도 26은 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질의 기계적 안정성을 설명하기 위한 사진이다.
도 27은 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질의 다양한 이온 전달율을 측정한 그래프이다.
도 28은 본 출원의 실험 예 2-1 내지 실험 예 2-5에 따른 고체 전해질의 XRD 분석 결과이다.
도 29는 본 출원의 실험 예 2-1 내지 실험 예 2-5에 따른 고체 전해질의 온도에 따른 이온 전도도를 측정한 것이다.
도 30 내지 도 32는 본 출원의 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질 및 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스의 XPS 분석 결과이다.
도 33은 본 출원의 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질 및 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스의 원소 비율을 분석한 그래프이다.
도 34는 본 출원의 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질 및 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스의 C1s 스펙트라의 구성 비율을 분석한 결과이다.
도 35는 본 출원의 실험 예 3-1 내지 3-5에 따른 고체 전해질 및 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스의 N1s 스펙트라의 구성 비율을 분석한 결과이다.
도 36은 본 출원의 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질, 실험 예 3-6에 따른 키토산, 및 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스의 XRD 분석 결과이다.
도 37은 본 출원의 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질, 실험 예 3-6에 따른 키토산, 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스, 및 실험 예 1-6에 따른 일반 박테리아 셀룰로오스의 온도에 따른 이온 전도도를 측정한 것이다.
도 38은 본 출원의 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질, 실험 예 3-6에 따른 키토산, 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스, 및 실험 예 1-6에 따른 일반 박테리아 셀룰로오스의 온도에 따른 스웰링 비율을 측정한 것이다.
도 39는 본 출원의 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질, 실험 예 3-6에 따른 키토산, 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스, 및 실험 예 1-6에 따른 일반 박테리아 셀룰로오스의 온도에 따른 수분 함침율을 측정한 것이다.
도 40은 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질의 전압을 측정한 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 41은 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질을 포함하는 금속 공기 전지의 충방전 용량을 설명하기 위한 그래프이다.
도 42는 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질을 포함하는 금속 공기 전지의 충방전 횟수에 따른 전압 값을 측정한 그래프이다.
도 43은 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질을 포함하는 금속 공기 전지의 외부 온도 조건에 따른 충방전 특성 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 44는 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질을 포함하는 금속 공기 전지의 저온 및 고온 환경에서 충방전 횟수에 따른 용량 보존 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 45는 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질을 포함하는 금속 공기 전지의 외부 온도에 따른 충방전 특성을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 46은 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질을 포함하는 금속 공기 전지의 외부 온도에 따른 충방전 사이클에 따른 충방전 특성 변화를 설명하기 위한 그래프들이다.
도 47은 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차의 블록도를 도시한 것이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solid electrolyte according to an embodiment of the present application.
2 is a view showing a base composite fiber according to an embodiment of the present application.
3 is a view showing a first composite fiber according to an embodiment of the present application.
4 is a view showing a second composite fiber according to an embodiment of the present application.
5 is a diagram illustrating a solid electrolyte including a base composite fiber according to an embodiment of the present application.
6 is a view illustrating a metal-air battery including a solid electrolyte according to an embodiment of the present application.
7 is a view for explaining a first composite fiber and a manufacturing method thereof according to Experimental Example 1-2 of the present application.
8 is a view for explaining a second composite fiber and a method of manufacturing the same according to Experimental Examples 1-3 of the present application.
9 is a view for explaining a method of manufacturing a solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.
10 is a view for explaining the principle of ion movement of the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.
11 is a hydrogen NMR analysis result of the first composite fiber, the second composite fiber, and the solid electrolyte prepared according to Experimental Examples 1-2 to 1-4 of the present application.
12 is an XRD analysis result of the solid electrolyte, bacterial cellulose, general bacterial cellulose, and cellulose prepared according to Experimental Examples 1-4 to Experimental Examples 1-7 of the present application.
13 is an FT-IR analysis result for the solid electrolyte, bacterial cellulose, and general bacterial cellulose prepared according to Experimental Examples 1-4 to 1-6 of the present application.
14 is an SEM photograph of a solid electrolyte prepared according to Experimental Examples 1-4 of the present application.
15 is a TGA and DSC analysis result of the solid electrolyte prepared according to Experimental Examples 1-4 of the present application.
16 to 19 are graphs of XPS analysis results of solid electrolytes and bacterial cellulose according to Experimental Examples 1-4 and 1-5 of the present application.
20 is an ionic conductivity measurement result for explaining the basic resistance test result of the solid electrolyte prepared according to Experimental Examples 1-4 of the present application.
21 is an XRD analysis result for explaining the basic resistance test result of the solid electrolyte prepared according to Experimental Examples 1-4 of the present application.
22 is a photograph for explaining the basic resistance test result of the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.
23 is a stress-strain graph according to the moisture impregnation rate of the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.
24 is a graph showing the results of measuring ionic conductivity according to mechanical deformation of the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.
25 is a graph of measuring the storage modulus of the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.
26 is a photograph for explaining the mechanical stability of the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.
27 is a graph measuring various ion transfer rates of the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.
28 is an XRD analysis result of solid electrolytes according to Experimental Examples 2-1 to 2-5 of the present application.
29 illustrates measurements of ionic conductivity according to temperature of solid electrolytes according to Experimental Examples 2-1 to 2-5 of the present application.
30 to 32 are XPS analysis results of solid electrolytes according to Experimental Examples 3-1 to 3-5 and bacterial cellulose according to Experimental Examples 1-5 of the present application.
33 is a graph analyzing element ratios of solid electrolytes according to Experimental Examples 3-1 to 3-5 of the present application and bacterial cellulose according to Experimental Examples 1-5.
34 is a result of analyzing the composition ratio of C1s spectra of solid electrolytes according to Experimental Examples 3-1 to 3-5 of the present application and bacterial cellulose according to Experimental Examples 1-5.
35 is a result of analyzing the composition ratio of N1s spectra of solid electrolytes according to Experimental Examples 3-1 to 3-5 of the present application and bacterial cellulose according to Experimental Examples 1-5.
36 is an XRD analysis result of the solid electrolyte according to Experimental Examples 3-1 to 3-5 of the present application, chitosan according to Experimental Examples 3-6, and bacterial cellulose according to Experimental Examples 1-5 of the present application.
37 is a solid electrolyte according to Experimental Example 3-1 to Experimental Example 3-5 of the present application, chitosan according to Experimental Example 3-6, bacterial cellulose according to Experimental Example 1-5, and general according to Experimental Example 1-6 The ionic conductivity according to the temperature of bacterial cellulose was measured.
38 is a solid electrolyte according to Experimental Example 3-1 to Experimental Example 3-5 of the present application, chitosan according to Experimental Example 3-6, bacterial cellulose according to Experimental Example 1-5, and general according to Experimental Example 1-6 The swelling ratio according to the temperature of bacterial cellulose was measured.
39 is a solid electrolyte according to Experimental Example 3-1 to Experimental Example 3-5 of the present application, chitosan according to Experimental Example 3-6, bacterial cellulose according to Experimental Example 1-5, and general according to Experimental Example 1-6 The moisture impregnation rate according to the temperature of bacterial cellulose was measured.
40 is a graph for explaining a result of measuring the voltage of the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.
41 is a graph for explaining the charge/discharge capacity of a metal-air battery including a solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.
42 is a graph of measuring voltage values according to the number of times of charging and discharging of a metal-air battery including a solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.
43 is a graph for explaining a change in charge/discharge characteristics according to external temperature conditions of a metal-air battery including a solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.
44 is a view for explaining the capacity preservation characteristics according to the number of charge and discharge in low-temperature and high-temperature environments of the metal-air battery including the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.
45 is a graph for explaining the charge/discharge characteristics according to the external temperature of the metal-air battery including the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.
46 is a graph for explaining a change in charge/discharge characteristics according to a charge/discharge cycle according to an external temperature of a metal-air battery including a solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.
47 is a block diagram of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when a component is referred to as being on another component, it may be directly formed on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, third, etc. are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes a complementary embodiment thereof. In addition, in the present specification, 'and/or' is used to mean including at least one of the elements listed before and after.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In the specification, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In addition, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, element, or a combination thereof described in the specification is present, and one or more other features, numbers, steps, configuration It should not be construed as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof. In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 출원의 실시 예에 따른 고체 전해질의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 출원의 실시 예에 따른 베이스 복합 섬유를 도시한 도면이고, 도 3은 본 출원의 실시 예에 따른 제1 복합 섬유를 도시한 도면이고, 도 4는 본 출원의 실시 예에 따른 제2 복합 섬유를 도시한 도면이고, 도 5는 본 출원의 실시 예에 따른 베이스 복합 섬유를 포함하는 고체 전해질을 도시한 도면이다. 1 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a solid electrolyte according to an embodiment of the present application, FIG. 2 is a view showing a base composite fiber according to an embodiment of the present application, and FIG. 3 is an embodiment of the present application is a view showing a first composite fiber according to the present application, FIG. 4 is a view showing a second composite fiber according to an embodiment of the present application, and FIG. 5 is a solid electrolyte including a base composite fiber according to an embodiment of the present application It is the drawing shown.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 키토산 유도체가 준비된다(S110). 1 to 5, the chitosan derivative is prepared (S110).

상기 키토산 유도체는, 키토산 전구체가 용매에 혼합된 것일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 키토산 유도체는, 키토산 염화물 및 용매에, 용해제를 첨가한 것일 수 있다. 이에 따라, 상기 키토산 염화물이 용매에 용이하게 용해될 수 있고, 후술되는 배지에 상기 키토산 유도체가 용이하게 제공되어 키토산이 결합된 셀룰로오스가 용이하게 제조될 수 있다. The chitosan derivative may be a mixture of a chitosan precursor in a solvent. According to one embodiment, the chitosan derivative, chitosan chloride and a solvent, may be a solubilizing agent added. Accordingly, the chitosan chloride can be easily dissolved in a solvent, and the chitosan derivative can be easily provided in a medium to be described later, so that cellulose to which chitosan is bound can be easily prepared.

예를 들어, 상기 용매는 수성 아세트산일 수 있고, 상기 용해제는, glycidyltrimethylammonium chloride, (2-Aminoethyl)trimethylammonium chloride, (2-Chloroethyl)trimethylammonium chloride, (3-Carboxypropyl)trimethylammonium chloride, 또는 (Formylmethyl)trimethylammonium chloride 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. For example, the solvent may be aqueous acetic acid, and the solvent is glycidyltrimethylammonium chloride, (2-Aminoethyl)trimethylammonium chloride, (2-Chloroethyl)trimethylammonium chloride, (3-Carboxypropyl)trimethylammonium chloride, or (Formylmethyl)trimethylammonium chloride It may include at least one of them.

상기 키토산은 우수한 열 및 화학적 안정성을 가지며, 높은 이온 전도도를 갖고, OH 이온을 장기간 손실 없이 함유할 수 있다. 또한, 후술되는 바와 같이 금속 공기 전지에 사용시 아연 음극 및 구리, 인, 및 황의 화합물 구조체와 높은 호환성을 가질 수 있다. The chitosan has excellent thermal and chemical stability, has high ionic conductivity, and can contain OH ions without loss for a long period of time. In addition, as will be described later, when used in a metal-air battery, it may have high compatibility with a zinc anode and a compound structure of copper, phosphorus, and sulfur.

상기 키토산 유도체로부터, 셀룰로오스에 결합된 키토산이 생성된다(S120). 상기 키토산이 결합된 상기 셀룰로오스가 생성되는 단계는, 상기 키토산 유도체를 갖는 배양 배지를 준비하는 단계, 및 상기 배양 배지 내에 박테리아 균주를 주입하고 배양하여, 키토산(114)이 결합된 셀룰로오스(112)를 포함하는 베이스 복합 섬유(110)를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 셀룰로오스(112)는 박테리아 셀룰로오스일 수 있다. From the chitosan derivative, chitosan bound to cellulose is produced (S120). The step of generating the cellulose to which the chitosan is bound is a step of preparing a culture medium having the chitosan derivative, and injecting and culturing a bacterial strain in the culture medium, the cellulose 112 to which the chitosan 114 is bound It may include the step of producing the base composite fiber 110 including the. In this case, the cellulose 112 may be bacterial cellulose.

일 실시 예에 따르면, 상기 키토산(114)이 결합된 상기 셀룰로오스(112)는, 상기 배양 배지에서 박테리아 펠리클을 배양한 후, 상기 박테리아 펠리클을 탈염하여 제조될 수 있다. 상기 박테리아 펠리클은, 효모 및 박테리아 배양을 위한 원료들(예를 들어, 파인애플 주스, 펩톤, 디소듐포스페이트, 시트르산)과 함께 상기 키토산 유도체를 포함하는 배양 배지를 준비하고, 균주를 주입한 후, 배양하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 균주는 Acetobacter Xylinum일 수 있다. According to one embodiment, the cellulose 112 to which the chitosan 114 is bound may be prepared by culturing the bacterial pellicle in the culture medium, and then desalting the bacterial pellicle. The bacterial pellicle prepares a culture medium containing the chitosan derivative together with raw materials for yeast and bacterial culture (eg, pineapple juice, peptone, disodium phosphate, citric acid), and after injecting the strain, culture can be manufactured. For example, the strain may be Acetobacter Xylinum.

배양된 상기 박테리아 펠리클을 세척 및 건조한 후, 산성 용액(예를 들어, HCl)로 탈염하고, 중성화시킨 후 용매를 제거하여 상기 키토산(114)이 결합된 상기 셀룰로오스(112)를 포함하는 상기 베이스 복합 섬유(110)가 제조될 수 있다. 탈염 과정에서, 잔존된 Na, K, 또는 세포 차폐물 및 파편이 제거되어, 고순도의 상기 키토산(114)이 결합된 상기 셀룰로오스(112)가 제조될 수 있다. After washing and drying the cultured bacterial pellicle, desalting with an acidic solution (eg, HCl), neutralizing and removing the solvent. The base complex comprising the cellulose 112 to which the chitosan 114 is bound. Fiber 110 may be manufactured. In the desalting process, the remaining Na, K, or cell shielding and debris are removed, and the cellulose 112 to which the chitosan 114 of high purity is bound can be prepared.

또한, 상기 키토산(114)은 상기 셀룰로오스(112)와 화학적으로 결합할 수 있다. 이에 따라, 상기 키토산(114)이 결합된 상기 셀룰로오스(112)는, XPS 분석 시 C-N에 대응하는 신축진동이 관찰될 수 있다.In addition, the chitosan 114 may be chemically bonded to the cellulose 112 . Accordingly, in the cellulose 112 to which the chitosan 114 is bound, a stretching vibration corresponding to C-N may be observed during XPS analysis.

일 실시 예에 따르면, 산화제를 이용하여 상기 키토산(114)이 결합된 상기 셀룰로오스(112)의 표면, 즉 상기 베이스 복합 섬유(110)의 표면이 산화되어, 제1 복합 섬유(110a)가 제조될 수 있다. According to an embodiment, the surface of the cellulose 112 to which the chitosan 114 is bonded using an oxidizing agent, that is, the surface of the base composite fiber 110 is oxidized, so that the first composite fiber 110a is manufactured. can

구체적으로, 상기 제1 복합 섬유(110a)를 제조하는 단계는, 산화제를 포함하는 수용액에 상기 베이스 복합 섬유(110)를 첨가하여 소스 용액을 제조하는 단계, 상기 소스 용액의 pH를 염기성으로 조정하는 단계, 상기 소스 용액의 pH를 중성으로 조정하는 단계, 및 상기 소스 용액 내의 펄프를 세척하고 건조시켜 상기 제1 복합 섬유(110a)를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. Specifically, the step of preparing the first composite fiber 110a includes adding the base composite fiber 110 to an aqueous solution containing an oxidizing agent to prepare a source solution, adjusting the pH of the source solution to basic Step, adjusting the pH of the source solution to neutral, and washing and drying the pulp in the source solution may include manufacturing the first composite fiber (110a).

예를 들어, 상기 산화제를 포함하는 수용액은, TEMPO 수용액일 수 있다. 또는, 다른 예를 들어, 상기 산화제를 포함하는 수용액은, 4-Hydroxy-TEMPO, (Diacetoxyiodo)benzene, 4-Amino-TEMPO, 4-Carboxy-TEMPO, 4-Methoxy-TEMPO, TEMPO methacrylate, 4-Acetamido-TEMPO, 3-Carboxy-PROXYL, 4-Maleimido-TEMPO, 4-Hydroxy-TEMPO benzoate, 또는 4-Phosphonooxy-TEMPO 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. For example, the aqueous solution containing the oxidizing agent may be a TEMPO aqueous solution. Or, for another example, the aqueous solution containing the oxidizing agent is 4-Hydroxy-TEMPO, (Diacetoxyiodo)benzene, 4-Amino-TEMPO, 4-Carboxy-TEMPO, 4-Methoxy-TEMPO, TEMPO methacrylate, 4-Acetamido It may include at least one of -TEMPO, 3-Carboxy-PROXYL, 4-Maleimido-TEMPO, 4-Hydroxy-TEMPO benzoate, or 4-Phosphonooxy-TEMPO.

상기 소스 용액은, 상기 베이스 복합 섬유(110)의 산화 반응을 위한 희생 시약 및 추가 산화제가 더 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 희생 시약은, NaBr, sodium iodide, sodium bromate, Sodium bromite, Sodium borate, sodium chlorite, 또는 sodium chloride 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 추가 산화제는, NaClO, potassium hypochlorite, Lithium hypochlorite, sodium chlorite, sodium chlorate, Perchloric acid, Potassium perchlorate, Lithium perchlorate, Tetrabutylammonium perchlorate, Zinc perchlorate, hydrogen peroxide, 또는 sodium peroxide 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The source solution may further include a sacrificial reagent and an additional oxidizing agent for the oxidation reaction of the base composite fiber 110 . For example, the sacrificial reagent may include at least one of NaBr, sodium iodide, sodium bromate, sodium bromite, sodium borate, sodium chlorite, or sodium chloride, and the additional oxidizing agent is, NaClO, potassium hypochlorite, Lithium at least one of hypochlorite, sodium chlorite, sodium chlorate, Perchloric acid, Potassium perchlorate, Lithium perchlorate, Tetrabutylammonium perchlorate, Zinc perchlorate, hydrogen peroxide, or sodium peroxide.

일 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액의 pH를 염기성으로 조정하는 단계에서, 상기 소스 용액의 pH를 10으로 조정될 수 있다. 이에 따라, 침전물을 최소화시키면서 산화 반응을 용이하게 유도할 수 있고, pH 8~9인 반응 조건과 비교하여, 상기 제1 복합 섬유(110a)의 산화도가 향상될 수 있다. According to an embodiment, in the step of adjusting the pH of the source solution to be basic, the pH of the source solution may be adjusted to 10. Accordingly, the oxidation reaction may be easily induced while minimizing the precipitate, and the oxidation degree of the first composite fiber 110a may be improved as compared to a reaction condition of pH 8 to 9.

일 실시 예에 따르면, 상기 산화제를 포함하는 수용액에 상기 베이스 복합 섬유(110) 및 상기 희생 시약이 제공된 후, 상기 추가 산화제가 제공될 수 있다. 또한, 상기 추가 산화제는, 점적되어 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스 복합 섬유(110)의 급격한 산화 현상이 방지될 수 있고, 결과적으로, 상기 베이스 복합 섬유(110)의 표면이 균일하게 안정적으로 산화될 수 있다. According to an embodiment, after the base composite fiber 110 and the sacrificial reagent are provided in an aqueous solution containing the oxidizing agent, the additional oxidizing agent may be provided. In addition, the additional oxidizing agent may be provided in drops. Accordingly, rapid oxidation of the base composite fiber 110 may be prevented, and as a result, the surface of the base composite fiber 110 may be uniformly and stably oxidized.

또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 키토산(114)이 결합된 상기 셀룰로오스(112)의 표면에 브롬을 결합시키고 질소를 포함하는 제1 기능기(116)를 브롬과 치환시켜, 제2 복합 섬유(110b)가 제조될 수 있다. In addition, according to an embodiment, by binding bromine to the surface of the cellulose 112 to which the chitosan 114 is bonded and replacing the first functional group 116 containing nitrogen with bromine, the second composite fiber ( 110b) can be prepared.

상기 제1 기능기(116)는 아래의 <화학식 1>과 같이 표시될 수 있고, 상기 제1 기능기(116)는, 상기 키토산(114) 및/또는 상기 셀룰로오스(112)와 결합될 수 있다.The first functional group 116 may be represented by the following <Formula 1>, and the first functional group 116 may be combined with the chitosan 114 and/or the cellulose 112 . .

<화학식 1><Formula 1>

Figure pat00001
Figure pat00001

즉, 상기 제2 복합 섬유(110b)는, quaternary N을 가질 수 있다.That is, the second composite fiber 110b may have a quaternary N.

구체적으로, 상기 제2 복합 섬유(110b)를 제조하는 단계는, 제1 용매에 상기 베이스 복합 섬유(110)를 분산시키고 브롬 소스를 첨가하여 제1 소스 용액을 제조하는 단계, 상기 제1 소스 용액에 커플링제를 첨가하고 반응시켜 반응 현탁액을 제조하는 단계, 상기 반응 현탁액을 여과, 세척 및 동결 건조하여 브롬화된 베이스 복합 섬유를 제조하는 단계, 상기 브롬화된 베이스 복합 섬유를 제2 용매에 분산시켜 제2 소스 용액을 제조하는 단계, 상기 제2 소스 용액에 상기 제1 기능기(116) 전구체를 첨가하고 반응시키는 단계, 반응된 용액을 여과, 세척, 및 동결 건조하여 상기 제2 복합 섬유(110b)를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. Specifically, the manufacturing of the second composite fiber 110b includes dispersing the base composite fiber 110 in a first solvent and adding a bromine source to prepare a first source solution, the first source solution adding a coupling agent to and reacting to prepare a reaction suspension; filtering, washing and freeze-drying the reaction suspension to prepare a brominated base composite fiber; dispersing the brominated base composite fiber in a second solvent to prepare a reaction suspension 2 Preparing a source solution, adding and reacting the precursor of the first functional group 116 to the second source solution, filtering, washing, and freeze-drying the reacted solution to obtain the second composite fiber 110b It may include the step of manufacturing.

예를 들어, 상기 제1 용매 및 상기 제2 용매는, 서로 동일할 수 있고, N, N-dimethylacetamide, Acetamide, Acetonitrile, ethanol, ethylenediamine, diethyl ether, 또는 benzaldehyde 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.For example, the first solvent and the second solvent may be the same as each other, and may include at least one of N, N-dimethylacetamide, Acetamide, Acetonitrile, ethanol, ethylenediamine, diethyl ether, or benzaldehyde.

예를 들어, 상기 브롬 소스는, LiBr, Sodium bromide, 또는 potassium bromide 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. For example, the bromine source may include at least one of LiBr, sodium bromide, and potassium bromide.

예를 들어, 상기 커플링제는, N-bromosuccinimide 및 triphenylphosphine를 포함할 수 있다. 상기 커플링제에 의해, 상기 베이스 복합 섬유(110)의 표면에 브롬이 용이하게 결합될 수 있다. 구체적으로, N-bromosuccinimide 내의 브롬은 상기 베이스 복합 섬유(110)와 결합되고, triphenylphosphine는 브롬 전구체(브롬 소슨 또는 N-bromosuccinimide)를 환원시켜 반응 속도를 향상시킬 수 있다. For example, the coupling agent may include N-bromosuccinimide and triphenylphosphine. Bromine may be easily coupled to the surface of the base composite fiber 110 by the coupling agent. Specifically, bromine in N-bromosuccinimide may be combined with the base composite fiber 110, and triphenylphosphine may reduce a bromine precursor (bromosuccinimide or N-bromosuccinimide) to improve the reaction rate.

상술된 바와 같이, 상기 반응 현탁액에서 상기 브롬화된 베이스 복합 섬유를 수득한 후, 상기 브롬화된 베이스 복합 섬유는 동결 건조될 수 있다. 이에 따라, 상기 브롬화된 베이스 복합 섬유의 브롬의 손실이 최소화될 수 있고, 브롬이 다른 원소들과 2차 반응하는 것이 최소화될 수 있다. As described above, after obtaining the brominated base composite fiber in the reaction suspension, the brominated base composite fiber may be freeze-dried. Accordingly, loss of bromine in the brominated base composite fiber may be minimized, and secondary reaction of bromine with other elements may be minimized.

예를 들어, 상기 제1 기능기(116) 전구체는, 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octane를 포함할 수 있다. For example, the precursor of the first functional group 116 may include 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octane.

상기 키토산(114)이 결합된 상기 셀룰로오스(112)를 이용하여 고체 전해질이 제조될 수 있다(S130). A solid electrolyte may be prepared using the cellulose 112 to which the chitosan 114 is bound (S130).

상기 고체 전해질은, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 키토산(114)이 결합된 상기 셀룰로오스(112)를 포함하는 상기 베이스 복합 섬유(110)가 네트워크를 구성하는 멤브레인 형태로 제조될 수 있다. 이로 인해, 상기 고체 전해질은 내부에 복수의 기공이 제공되고 높은 표면적을 가질 수 있으며, 유연성 및 기계적 특성이 우수할 수 있다.The solid electrolyte may be manufactured in the form of a membrane in which the base composite fiber 110 including the cellulose 112 to which the chitosan 114 is bonded constitutes a network, as shown in FIG. 5 . For this reason, the solid electrolyte may be provided with a plurality of pores therein, may have a high surface area, and may have excellent flexibility and mechanical properties.

상기 고체 전해질은, 결정질 상 및 비정질 상이 혼재된 상태일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 고체 전해질은, 비정질 상의 비율이 결정질 상의 비율보다 높을 수 있다. 이에 따라, 상기 고체 전해질이 고 이온 이동도를 가질 수 있다.The solid electrolyte may be in a state in which a crystalline phase and an amorphous phase are mixed. More specifically, in the solid electrolyte, the ratio of the amorphous phase may be higher than the ratio of the crystalline phase. Accordingly, the solid electrolyte may have high ion mobility.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 복합 섬유(110a) 및 상기 제2 복합 섬유(110b)이용한 젤라틴 공정으로, 상기 고체 전해질이 제조될 수 있다. 이 경우, 상기 고체 전해질은, 상기 제1 복합 섬유(110a) 및 상기 제2 복합 섬유(110b)를 포함하되, 상기 제1 복합 섬유(110a) 및 상기 제2 복합 섬유(110b)는 서로 가교 결합될 수 있다. 상기 제1 복합 섬유(110a)에 의해 상기 고체 전해질 내의 OH 이온의 수가 증가하고 이온 전도도가 향상될 수 있으며, 음전하 농도(negative charge density)가 증가하고 스웰링 저항성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 제2 복합 섬유(110b)에 의해, 분자량이 증가되어 열적 안정성이 향상되고, 이온 교환능(ion exchange capacity)이 향상되어 높은 수분 함침율 및 높은 스웰링 저항성을 가질 수 있으며, 상기 제1 복합 섬유(110a)와 가교 결합력이 향상될 수 있고, 특정한 용매에 선택적으로 높은 용해도(ion discerning selectivity)를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 고체 전해질을 포함하는 이차 전지의 충방전 특성 및 수명 특성이 향상될 수 있다.According to an embodiment, the solid electrolyte may be manufactured by a gelatin process using the first composite fiber 110a and the second composite fiber 110b. In this case, the solid electrolyte includes the first conjugated fiber 110a and the second conjugated fiber 110b, wherein the first conjugated fiber 110a and the second conjugated fiber 110b are cross-linked to each other. can be By the first composite fiber 110a, the number of OH ions in the solid electrolyte may increase, ion conductivity may be improved, negative charge density may be increased, and swelling resistance may be improved. In addition, by the second composite fiber 110b, the molecular weight is increased to improve thermal stability, and ion exchange capacity is improved to have a high moisture impregnation rate and high swelling resistance, and the first Cross-linking strength with the composite fiber 110a may be improved, and may have high solubility (ion discerning selectivity) selectively in a specific solvent. Accordingly, charge/discharge characteristics and lifespan characteristics of the secondary battery including the solid electrolyte may be improved.

구체적으로, 상기 고체 전해질을 제조하는 단계는, 상기 제1 복합 섬유(110a) 및 상기 제2 복합 섬유(110b)를 용매에 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계, 상기 혼합 용액에 가교제 및 개시제를 첨가하고 반응시켜 현탁액을 제조하는 단계, 상기 현탁액을 기판 상에 캐스팅하고 건조시켜 복합 섬유막을 제조하는 단계, 상기 복합 섬유막에 이온 교환 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. Specifically, preparing the solid electrolyte includes preparing a mixed solution by mixing the first conjugated fibers 110a and the second conjugated fibers 110b with a solvent, and adding a crosslinking agent and an initiator to the mixed solution. and reacting to prepare a suspension, casting the suspension on a substrate and drying to prepare a composite fiber membrane, and performing an ion exchange process on the composite fiber membrane.

예를 들어, 상기 용매는, methylene chloride, 1,2-Propanediol, 및 아세톤의 혼합 용매를 포함할 수 있고, 상기 가교제는 glutaraldehyde를 포함할 수 있고, 상기 개시제는 N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide를 포함할 수 있다. For example, the solvent may include a mixed solvent of methylene chloride, 1,2-Propanediol, and acetone, the crosslinking agent may include glutaraldehyde, and the initiator may include N,N-Diethyl-N-methyl -N-(2-methoxyethyl)ammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide may be included.

또한, 예를 들어, 상기 복합 섬유막에 대한 이온 교환 공정은, 상기 복합 섬유막에 KOH 수용액 및 ZnTFSI 수용액을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이로 인해, 상기 고체 전해질 내에 OH 이온 함량이 향상될 수 있다. Also, for example, the ion exchange process for the composite fiber membrane may include providing an aqueous KOH solution and an aqueous ZnTFSI solution to the composite fiber membrane. Due to this, the OH ion content in the solid electrolyte may be improved.

상술된 바와 같이, 본 출원의 실시 예에 따르면, 상기 고체 전해질은, 상기 베이스 복합 섬유(110), 상기 제1 복합 섬유(110a), 또는 상기 제2 복합 섬유(110b) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 상기 멤브레인(M)을 포함할 수 있다. As described above, according to an embodiment of the present application, the solid electrolyte includes at least one of the base composite fiber 110 , the first composite fiber 110a , and the second composite fiber 110b . It may include the membrane (M).

상기 고체 전해질 내에서, 상기 키토산(114)의 비율은, 상기 배양 배지 내에 제공되는 상기 키토산 유도체의 함량에 따라서 용이하게 제어될 수 있다. 상기 키토산(114)의 비율에 따라서, 상기 고체 전해질의 결정성, 이온 전도도, 및 스웰링 비율이 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 키토산(114)의 비율이 증가할수록, 상기 고체 전해질의 결정성이 점차적으로 감소될 수 있다. In the solid electrolyte, the ratio of the chitosan 114 can be easily controlled according to the content of the chitosan derivative provided in the culture medium. According to the ratio of the chitosan 114, the crystallinity, ionic conductivity, and swelling ratio of the solid electrolyte may be controlled. Specifically, as the ratio of the chitosan 114 increases, the crystallinity of the solid electrolyte may be gradually reduced.

일 실시 예에 따르면, 상기 키토산(114)의 함량은 30wt% 초과 70wt% 미만일 수 있다. 만약, 상기 키토산(114)의 함량이 30wt% 이하이거나, 또는 70wt% 이상인 경우, 상기 고체 전해질의 이온 전도도가 현저하게 저하되고, 스웰링 비율이 현저하게 증가할 수 있다. According to one embodiment, the content of the chitosan 114 may be more than 30wt% and less than 70wt%. If the content of the chitosan 114 is 30 wt% or less, or 70 wt% or more, the ionic conductivity of the solid electrolyte is significantly reduced, and the swelling ratio may be significantly increased.

하지만, 본 출원의 실시 예에 따르면, 상기 고체 전해질 내에서 상기 키토산(114)의 비율이 30wt% 초과 70wt% 미만일 수 있고, 이로 인해, 상기 고체 전해질이 고 이온 전도도 특성을 유지하면서, 낮은 스웰링 비율 값을 가질 수 있다. However, according to the embodiment of the present application, the proportion of the chitosan 114 in the solid electrolyte may be more than 30 wt% and less than 70 wt%, and due to this, the solid electrolyte maintains high ionic conductivity characteristics, low swelling It can have a ratio value.

도 6은 본 출원의 실시 예에 따른 고체 전해질을 포함하는 금속 공기 전지를 도시한 도면이다. 6 is a view illustrating a metal-air battery including a solid electrolyte according to an embodiment of the present application.

도 6을 참조하면, 본 출원의 실시 예에 따른 금속 공기 전지가 제공된다. 상기 금속 공기 전지는, 음극(200), 양극(300), 및 상기 음극(200) 및 상기 양극(300) 사이의 고체 전해질(100)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 6 , a metal-air battery according to an embodiment of the present application is provided. The metal-air battery may include a negative electrode 200 , a positive electrode 300 , and a solid electrolyte 100 between the negative electrode 200 and the positive electrode 300 .

상기 고체 전해질(100)은, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명된, 상기 베이스 복합 섬유(110), 상기 제1 복합 섬유(110a), 또는 상기 제2 복합 섬유(110b) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 멤브레인 형태로 제공될 수 있다. The solid electrolyte 100 includes at least any one of the base composite fiber 110, the first composite fiber 110a, or the second composite fiber 110b described with reference to FIGS. 1 to 5 . It may be provided in the form of a membrane containing.

상기 음극(200)은, 아연을 포함할 수 있다. 또는, 이와 달리, 상기 음극(200)은 리튬을 포함할 수 있다. The negative electrode 200 may include zinc. Alternatively, the negative electrode 200 may include lithium.

일 실시 예에 따르면, 상기 양극(300)은, Pt/C 및 RuO2를 포함할 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 양극(300)은, 구리, 인, 및 황의 화합물 구조체를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 구리, 인, 및 황의 화합물 구조체는, 피브릴화된 복수의 섬유가 멤브레인을 구성하는 형태로 제공되고, (101) 결정면을 가질 수 있다. 상기 구리, 인, 및 황의 화합물 구조체의 구체적인 제조 공정은, 도 41을 참조하여 후술된다. According to an embodiment, the anode 300 may include Pt/C and RuO2. Alternatively, according to another embodiment, the anode 300 may include a compound structure of copper, phosphorus, and sulfur. In this case, the compound structure of copper, phosphorus, and sulfur is provided in a form in which a plurality of fibrillated fibers constitute a membrane, and may have a (101) crystal plane. A specific manufacturing process of the compound structure of copper, phosphorus, and sulfur will be described later with reference to FIG. 41 .

본 출원의 실시 예에 따른 상기 금속 공기 전지에 포함된 상기 고체 전해질(100)은, 다량의 OH 이온 및 수분을 함유하고, 높은 이온 전도도를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 공기 전지의 충방전 용량 및 수명 특성이 향상되는 것은 물론, 상기 금속 공기 전지의 충방전 과정에서 상기 음극(200)의 표면에서 덴드라이트가 성장되는 것이 최소화될 수 있다.The solid electrolyte 100 included in the metal-air battery according to the embodiment of the present application may contain a large amount of OH ions and moisture, and may have high ionic conductivity. Accordingly, the charge/discharge capacity and lifespan characteristics of the metal-air battery may be improved, and growth of dendrites on the surface of the negative electrode 200 during the charge/discharge process of the metal-air battery may be minimized.

본 출원의 실시 예에 따른 고체 전해질은, 다양한 형태의 중간 생성물로 유통, 납품, 거래, 및 보관될 수 있다. 이하, 본 출원의 실시 예에 따른 고체 전해질을 제조하기 위한 다양한 형태의 중간 생성물이 설명된다. The solid electrolyte according to the embodiment of the present application may be distributed, delivered, traded, and stored as intermediate products of various types. Hereinafter, various types of intermediate products for preparing a solid electrolyte according to an embodiment of the present application will be described.

제1 변형 예에 따르면, 후술된 실험 예 1-5에 따라 키토산 유도체를 생략하고 탈염 과정을 생략하여, 키토산을 포함하는 않는 박테리아 셀룰로오스의 경우, 합성된 직후 겔 상태일 수 있고, 또는 건조된 이후 고체 상태(파우더)를 가질 수 있고, 또는 용매 내에 제공된 용액 상태를 가질 수 있다. 상기 용매는, 예를 들어, DI water 또는 유기 용매(예를 들어, methylene chloride, DMSO, DMF, THF, IPA)일 수 있다. According to the first modification, by omitting the chitosan derivative and omitting the desalting process according to Experimental Examples 1-5 described below, in the case of bacterial cellulose that does not contain chitosan, it may be in a gel state immediately after synthesis, or after drying It may have a solid state (powder), or it may have a solution state provided in a solvent. The solvent may be, for example, DI water or an organic solvent (eg, methylene chloride, DMSO, DMF, THF, IPA).

제2 변형 예에 따르면, 상술된 본 출원의 실시 예에 따른 키토산 유도체의 경우, 합성된 직후 겔 상태일 수 있고, 또는 건조된 이후 고체 상태(파우더)를 가질 수 있고, 또는 용매 내에 제공된 용액 상태를 가질 수 있다. 상기 용매는, 예를 들어, DI water 또는 에탄올일 수 있다. According to the second modification, in the case of the chitosan derivative according to the embodiment of the present application described above, it may be in a gel state immediately after synthesis, or may have a solid state (powder) after drying, or a solution state provided in a solvent can have The solvent may be, for example, DI water or ethanol.

제3 변형 예에 따르면, 상술된 본 출원의 실시 예에 따른 키토산이 결합된 셀룰로오스를 포함하는 상기 베이스 복합 섬유(110)의 경우, 합성된 직후 겔 상태일 수 있고, 또는 건조된 이후 고체 상태(파우더)를 가질 수 있고, 또는 용매 내에 제공된 용액 상태를 가질 수 있다. 상기 용매는, 예를 들어, DI water, DMSO, ethanol, methylene chloride, IPA, N,N,-DMF, 또는 THF일 수 있다. According to a third modification, in the case of the base composite fiber 110 comprising cellulose to which chitosan is bonded according to the embodiment of the present application described above, it may be in a gel state immediately after synthesis, or in a solid state ( powder) or may have a solution state provided in a solvent. The solvent may be, for example, DI water, DMSO, ethanol, methylene chloride, IPA, N,N,-DMF, or THF.

제4 변형 예에 따르면, 상술된 본 출원의 실시 예에 따른 상기 베이스 복합 섬유(110)의 표면이 산화된 상기 제1 복합 섬유(110a)의 경우, 합성된 직후 겔 상태일 수 있고, 또는 건조된 이후 고체 상태(파우더)를 가질 수 있고, 또는 용매 내에 제공된 용액 상태를 가질 수 있다. 상기 용매는, 예를 들어, CHCl3, 또는 DMSO일 수 있다.According to the fourth modification, in the case of the first composite fiber 110a in which the surface of the base composite fiber 110 is oxidized according to the embodiment of the present application described above, it may be in a gel state immediately after synthesis, or dried After being formed, it may have a solid state (powder), or it may have a solution state provided in a solvent. The solvent may be, for example, CHCl3 or DMSO.

제5 변형 예에 따르면, 상술된 본 출원의 실시 예에 따른 상기 베이스 복합 섬유(110)의 표면에 브롬이 결합된 상기 브롬화된 베이스 복합 섬유의 경우, 합성된 직후 겔 상태일 수 있고, 또는 건조된 이후 고체 상태(파우더)를 가질 수 있고, 또는 용매 내에 제공된 용액 상태를 가질 수 있다. 상기 용매는, 예를 들어, CHCl3, DMSO, 또는 에탄올일 수 있다.According to the fifth modification, in the case of the brominated base composite fiber in which bromine is bonded to the surface of the base composite fiber 110 according to the embodiment of the present application described above, it may be in a gel state immediately after synthesis, or dried After being formed, it may have a solid state (powder), or it may have a solution state provided in a solvent. The solvent may be, for example, CHCl3, DMSO, or ethanol.

제6 변형 예에 따르면, 상술된 본 출원의 실시 예에 따른 상기 제1 기능기가 상기 베이스 복합 섬유(110)의 표면에 결합된 quaternary N을 갖는 상기 제2 복합 섬유(110b)의 경우, 합성된 직후 겔 상태일 수 있고, 또는 건조된 이후 고체 상태(파우더)를 가질 수 있고, 또는 용매 내에 제공된 용액 상태를 가질 수 있다. 상기 용매는, 예를 들어, CHCl3, 또는 DMSO일 수 있다.According to a sixth modification, in the case of the second composite fiber 110b having a quaternary N in which the first functional group according to the above-described embodiment of the present application is bonded to the surface of the base composite fiber 110, the synthesized It may be in a gel state immediately after drying, or may have a solid state (powder) after drying, or may have a solution state provided in a solvent. The solvent may be, for example, CHCl3 or DMSO.

제7 변형 예에 따르면, 상술된 본 출원의 실시 예에 따라 상기 제1 복합 섬유(110a) 및 상기 제2 복합 섬유(110b)가 가교된 고체 전해질의 경우, 고체 상태(멤브레인)를 가질 수 있고, 또는 용매 내에 제공된 용액 상태를 가질 수 있다. 상기 용매는, 예를 들어, CHCl3, 또는 DMSO일 수 있다.According to the seventh modification, in the case of a solid electrolyte in which the first composite fiber 110a and the second composite fiber 110b are crosslinked according to the above-described embodiment of the present application, the solid electrolyte may have a solid state (membrane), , or may have a solution state provided in a solvent. The solvent may be, for example, CHCl3 or DMSO.

이하, 본 출원의 구체적인 실험 예에 따른 베이스 복합 섬유, 제1 복합 섬유, 제2 복합 섬유, 및 고체 전해질의 제조 방법이 설명된다. Hereinafter, a method of manufacturing a base composite fiber, a first composite fiber, a second composite fiber, and a solid electrolyte according to a specific experimental example of the present application will be described.

도 7은 본 출원의 실험 예 1-2에 따른 제1 복합 섬유 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 출원의 실험 예 1-3에 따른 제2 복합 섬유 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질의 이온 이동 원리를 설명하기 위한 도면이다. 7 is a view for explaining a first composite fiber and a manufacturing method thereof according to Experimental Example 1-2 of the present application, and FIG. 8 is a second composite fiber and a manufacturing method thereof according to Experimental Example 1-3 of the present application. FIG. 9 is a diagram for explaining a method of manufacturing a solid electrolyte according to Experimental Example 1-4 of the present application, and FIG. 10 is an ion migration principle of a solid electrolyte according to Experimental Example 1-4 of the present application. It is a drawing for explaining.

실험 예 1-1에 따른 베이스 복합 섬유(CBC) 제조Preparation of base composite fiber (CBC) according to Experimental Example 1-1

박테리아 균주로 Acetobacter xylinum을 준비하고, 키토산 유도체를 준비하였다. 키토산 유도체는, 1g의 키토산 염화물(chitosan chloride)을 1%(v/v)의 수성 아세트산에 용해시킨 현탁액을 1M의 글리시딜 트리메틸암모늄클로라이드(glycidyltrimethylammonium chloride)로 N2 분위기에서 65℃에서 24시간 동안 처리한 후, 침전시키고 에탄올로 복수회 여과시켜 제조하였다. Acetobacter xylinum was prepared as a bacterial strain, and a chitosan derivative was prepared. The chitosan derivative is a suspension of 1 g of chitosan chloride dissolved in 1% (v/v) aqueous acetic acid with 1M of glycidyltrimethylammonium chloride in N 2 atmosphere at 65° C. for 24 hours. After treatment for a while, it was prepared by precipitation and filtration with ethanol several times.

파인애플 주스(2% w/v), 효모(0.5% w/v), 펩톤(0.5% w/v), 디소듐포스페이트(0.27% w/v), 시트르산(0.015% w/v), 및 상기 키토산 유도체(2% w/v)를 포함하는 Hestrin-Schramm(HS) 배양 배지를 준비하고, 20 분 동안 121℃에서 증기 멸균시켰다. 또한, Acetobacter xylinum을 전-배양(pre-cultivation) Hestrin-Schramm(HS) 배양 배지에서 30 ℃에서 24 시간 동안 활성화시킨 후, 아세트산을 첨가하여 pH 6으로 유지시켰다.Pineapple juice (2% w/v), yeast (0.5% w/v), peptone (0.5% w/v), disodium phosphate (0.27% w/v), citric acid (0.015% w/v), and the above A Hestrin-Schramm (HS) culture medium containing a chitosan derivative (2% w/v) was prepared and steam sterilized at 121° C. for 20 minutes. In addition, Acetobacter xylinum was activated in a pre-cultivation Hestrin-Schramm (HS) culture medium at 30° C. for 24 hours, and then maintained at pH 6 by adding acetic acid.

이후, Acetobacter xylinum을 Hestrin-Schramm(HS) 배양 배지에서 30 ℃에서 7 일 동안 배양하였다. Then, Acetobacter xylinum was cultured in Hestrin-Schramm (HS) culture medium at 30 °C for 7 days.

수확된 박테리아 펠리클(pellicle)을 탈 이온수로 세척하여 상청액의 pH를 중성화시키고, 105℃ 진공에서 탈수시켰다. 생성된 셀룰로오스를 1 N HCl을 이용하여 30 분 동안 탈염(demineralized)하여(질량비 1:15, w/v) 과량의 시약을 제거한 다음, 상청액이 중성 pH가 될 때까지 탈 이온수를 이용하여 복수회 원심 분리하여 정제하였다. 최종적으로, 모든 용매를 100 ℃에서 증발시킨 후 베이스 복합 섬유(키토산-박테리아 셀룰로오스(CBC))를 제조하였다.The harvested bacterial pellicles were washed with deionized water to neutralize the pH of the supernatant and dehydrated in vacuum at 105°C. The resulting cellulose was demineralized with 1 N HCl for 30 minutes (mass ratio 1:15, w/v) to remove excess reagent, and then using deionized water several times until the supernatant became neutral pH. It was purified by centrifugation. Finally, after evaporating all solvents at 100° C., a base composite fiber (chitosan-bacterial cellulose (CBC)) was prepared.

실험 예 1-2에 따른 제1 복합 섬유(oCBC) 제조Preparation of first composite fiber (oCBC) according to Experimental Example 1-2

상기 베이스 복합 섬유의 표면이 산화된 제1 복합 섬유(TEMPO-산화된 CBC(oCBCs))는, 도 6에 도시된 바와 같이, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl(TEMPO), 브롬화나트륨(NaBr), 및 하이포염소산나트륨(NaClO)을 사용하는 산화반응에 의해, 히드록시메틸(hydroxymethyl) 및 ortho-para directing acetamido 베이스 복합 섬유(CBC)를 TEMPO의 산화물에 컨쥬게이션(conjugation)하는 방법으로 설계되었다. The first composite fibers (TEMPO-oxidized CBCs (oCBCs)) on which the surface of the base composite fibers are oxidized are 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO), as shown in FIG. 6 , By oxidation using sodium bromide (NaBr) and sodium hypochlorite (NaClO), hydroxymethyl and ortho-para directing acetamido-based composite fibers (CBC) were conjugated to the oxide of TEMPO. designed in this way.

구체적으로, 2mM TEMPO 수용액에 분산된 2g의 베이스 복합 섬유 섬유를 NaBr (1.9mM)과 반응시켰다. 5mM의 NaClO를 추가 산화제로 사용하였다. Specifically, 2 g of the base composite fiber fibers dispersed in 2 mM TEMPO aqueous solution were reacted with NaBr (1.9 mM). 5 mM NaClO was used as an additional oxidizing agent.

반응 현탁액을 초음파로 교반하고, 실온에서 3 시간 동안 반응을 진행시켰다. 0.5M NaOH 용액을 연속적으로 첨가함으로써 현탁액의 pH가 10을 유지하도록 하였다. 이어서, 현택액에 1N HCl을 첨가하여 3시간 동안 pH를 중성으로 유지시켰다. 현탁액 내에 생성된 산화된 펄프를 0.5 N HCl을 이용하여 3 회 세척하고, 탈이온수를 이용하여 상청액이 중성 pH가 되도록 하였다. The reaction suspension was stirred ultrasonically, and the reaction was allowed to proceed at room temperature for 3 hours. The pH of the suspension was maintained at 10 by continuous addition of 0.5M NaOH solution. Then, 1N HCl was added to the suspension to keep the pH neutral for 3 hours. The resulting oxidized pulp in the suspension was washed 3 times with 0.5 N HCl, and the supernatant was brought to neutral pH with deionized water.

세정된 펄프를 30 분 동안 아세톤, 톨루엔으로 교환하고 건조시켜 용매를 증발시키고, 최종적으로, 제1 복합 섬유(oCBC) 섬유를 수득하였다.The washed pulp was exchanged with acetone, toluene for 30 minutes and dried to evaporate the solvent, and finally, a first composite fiber (oCBC) fiber was obtained.

도 7에서 알 수 있듯이, 상기 베이스 복합 섬유의 표면이 산화될 수 있다. As can be seen from FIG. 7 , the surface of the base composite fiber may be oxidized.

실험 예 1-3에 따른 제2 복합 섬유(qCBC) 제조Preparation of the second composite fiber (qCBC) according to Experimental Example 1-3

상기 베이스 복합 섬유에 질소를 갖는 제1 기능기가 결합된 제2 복합(Covalently quaternized CBC(qCBC))는, 도 8에 도시된 바와 같이, 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octane을 이용한 커플링제에 의한 브롬화된 베이스 복합 섬유(CBC) 및 4차 아민 그룹의 컨쥬게이션(conjugation)하는 방법으로 제조되었다. A second composite (Covalently quaternized CBC (qCBC)) in which a first functional group having nitrogen is bonded to the base composite fiber is, as shown in FIG. 8, a coupling agent using 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octane It was prepared by a method of conjugation of a brominated base conjugate fiber (CBC) and a quaternary amine group.

구체적으로, N, N-dimethylacetamide(35ml) 용액에 분산된 1g의 베이스 복합 섬유를 LiBr(1.25g) 현탁액과 30분 동안 교반하면서 반응시켰다. N-bromosuccinimide(2.1 g) 및 triphenylphosphine(3.2 g)을 커플링제로 사용하였다. 두 반응 혼합물을 10 분 동안 교반하고, 60분 동안 80℃에서 반응시켰다. Specifically, 1 g of the base composite fiber dispersed in N,N-dimethylacetamide (35 ml) solution was reacted with a LiBr (1.25 g) suspension with stirring for 30 minutes. N-bromosuccinimide (2.1 g) and triphenylphosphine (3.2 g) were used as coupling agents. The two reaction mixtures were stirred for 10 minutes and reacted at 80° C. for 60 minutes.

이어서, 반응 현탁액을 실온으로 냉각시키고 탈 이온수에 첨가하고, 여과하고, 탈 이온수 및 에탄올로 린싱하고, 동결 건조하여 브롬화된 베이스 복합 섬유(bCBC) 섬유를 수득하였다. The reaction suspension was then cooled to room temperature and added to deionized water, filtered, rinsed with deionized water and ethanol, and freeze-dried to obtain brominated base conjugate fiber (bCBC) fibers.

브롬화된 베이스 복합 섬유를 100 ml의 N, N-dimethylformamide에 용해시키고, 1.2 g의 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octane와 반응시켰다. The brominated base composite fiber was dissolved in 100 ml of N,N-dimethylformamide and reacted with 1.2 g of 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octane.

이후, 혼합물을 30 분 동안 초음파 처리한 후, 실온에서 24시간 동안 반응시켰다. 생성된 용액을 diethyl ether에 혼합하고, diethyl ether/ethyl acetate로 5 회 세척하고 동결 건조시켜 제2 복합 섬유(Covalently quaternized CBC(qCBC))를 수득하였다.Thereafter, the mixture was sonicated for 30 minutes and then reacted at room temperature for 24 hours. The resulting solution was mixed with diethyl ether, washed with diethyl ether/ethyl acetate 5 times, and freeze-dried to obtain a second composite fiber (Covalently quaternized CBC (qCBC)).

도 8에서 알 수 있듯이, 상기 베이스 복합 섬유의 표면에 질소를 갖는 제1 기능기가 결합된 것을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 8 , it can be confirmed that the first functional group having nitrogen is bonded to the surface of the base composite fiber.

실험 예 1-4에 따른 고체 전해질(CBCs) 제조Preparation of solid electrolytes (CBCs) according to Experimental Examples 1-4

고체 전해질은, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1 복합 섬유(oCBC) 및 상기 제2 복합 섬유(qCBC)를 이용한 젤라틴 공정으로 제조되었다. 구체적으로, 초음파를 이용하여 상기 제1 복합 섬유(oCBC) 및 상기 제2 복합 섬유(qCBC)를 동일한 무게 비율로 methylene chloride 및 1,2-Propanediol 및 아세톤의 혼합물(8:1:1 v/v/v%)에 용해시키고, 가교제로 1wt%의 glutaraldehyde 및 개시제로 0.3wt%의 N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide를 첨가하였다. As shown in FIG. 8 , the solid electrolyte was prepared by a gelatin process using the first conjugated fibers (oCBC) and the second conjugated fibers (qCBC). Specifically, the first composite fiber (oCBC) and the second composite fiber (qCBC) were mixed with methylene chloride and 1,2-Propanediol and acetone in the same weight ratio using ultrasound (8:1:1 v/v). /v%), 1wt% of glutaraldehyde as a crosslinking agent and 0.3wt% of N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide as an initiator were added.

진공 챔버 (200 Pa)를 이용하여 겔 현탁액의 기포를 제거하고, 60 ℃에서 6 시간 동안 유리 상에 캐스팅하였다. 복합 섬유막을 탈 이온수로 응고시키면서 박리하고, 탈 이온수로 헹구고, 진공 건조시켰다. A vacuum chamber (200 Pa) was used to remove air bubbles from the gel suspension and cast on glass at 60° C. for 6 hours. The composite fiber membrane was peeled off while coagulated with deionized water, rinsed with deionized water, and vacuum dried.

1 M KOH 수용액 및 0.1 M ZnTFSI으로 상온에서 각각 6시간 동안 이온 교환하여 고체 전해질(CBCs)을 제조하였다. 이 후, CO2와 반응 및 카보네이트 형성을 피하기 위해, N2 분위기에서 탈이온수로 세척 및 침지 공정이 수행되었다.Solid electrolytes (CBCs) were prepared by ion exchange with 1 M KOH aqueous solution and 0.1 M ZnTFSI at room temperature for 6 hours, respectively. Thereafter, in order to avoid reaction and carbonate formation with CO 2 , washing and immersion processes were performed with deionized water in an N 2 atmosphere.

도 9에서 확인할 수 있듯이, 상기 제1 복합 섬유(oCBC) 및 상기 제2 복합 섬유(qCBC)는 서로 가교 결합되어 상기 고체 전해질(CBCs)를 구성하는 것을 확인할 수 있다. As can be seen in FIG. 9 , it can be confirmed that the first conjugated fibers (oCBC) and the second conjugated fibers (qCBC) are cross-linked with each other to constitute the solid electrolytes (CBCs).

또한, 도 10을 참조하면, 상기 고체 전해질(CBCs)의 가교된 상기 제1 복합 섬유(oCBC) 및 상기 제2 복합 섬유(qCBC)의 표면에서는 OH 이온이 호핑(hopping, 그로투스 이동(grotthuss transport))하며, 상기 제1 복합 섬유 및 상기 제2 복합 섬유의 표면에서 이격된 내부에서는 확산을 통해 이동할 수 있다. 또한, 상기 고체 전해질(CBCs)는 도 12를 참조하여 후술되는 바와 같이 비정질 상을 가질 수 있고, 이로 인해, 결정질 구조와 비교하여 높은 이온 전도도를 가질 수 있다.In addition, referring to FIG. 10 , OH ions are hopping on the surfaces of the crosslinked first composite fibers (oCBC) and the second composite fibers (qCBC) of the solid electrolytes (CBCs). )) and may move through diffusion in the interior spaced apart from the surfaces of the first and second composite fibers. In addition, the solid electrolytes (CBCs) may have an amorphous phase as will be described later with reference to FIG. 12 , and thus may have high ionic conductivity compared to a crystalline structure.

실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스 제조Preparation of bacterial cellulose according to Experimental Examples 1-5

상술된 실험 예 1-1의 베이스 복합 섬유의 제조 방법에서, 키토산 유도체를 생략하고, 탈염 과정의 생략하여, 키토산을 포함하지 않는 박테리아 셀룰로오스를 제조하였다. In the method for producing the base composite fiber of Experimental Example 1-1 described above, the chitosan derivative was omitted, and the desalting process was omitted to prepare bacterial cellulose that does not contain chitosan.

실험 예 1-6 따른 일반 박테리아 셀룰로오스 제조Preparation of general bacterial cellulose according to Experimental Example 1-6

글루코스(2wt%), 펩톤(0.5wt%), 효모(0.5wt%), 디소듐포스페이트(0.2wt%), 및 시트르산(0.1wt%)을 포함하는 배양 배지를 이용하되, 키토산 유도체를 생략하고, 탈염 과정을 생략하여, 실험 예 1-1과 동일한 방법으로 박테리아 셀룰로오스를 제조하였다.Using a culture medium containing glucose (2wt%), peptone (0.5wt%), yeast (0.5wt%), disodium phosphate (0.2wt%), and citric acid (0.1wt%), omitting the chitosan derivative , and omitting the desalting process, bacterial cellulose was prepared in the same manner as in Experimental Example 1-1.

실험 예 1-7에 따른 셀룰로오스 제조Cellulose preparation according to Experimental Examples 1-7

사탕수수 버개스(bagasse)를 준비하고, 에탄올에, 탈이온수, NaOH, 및 질산을 혼합한 용매를 준비하였다. 용매에 사탕수수 버개스를 분산시켜 세척한 후에, 여과하고, 중성 pH가 될 때까지 탈이온수로 복수회 세척하였다.A sugar cane bagasse was prepared, and a solvent in which ethanol was mixed with deionized water, NaOH, and nitric acid was prepared. After washing by dispersing sugar cane bagasse in a solvent, it was filtered and washed several times with deionized water until a neutral pH was reached.

세척된 사탕수수 버개스를 100 ℃에서 3 시간 동안 건조하고, 16 메쉬 IKA MF-10 밀의 스테인리스 스틸 체로 연마하여 섬유 펄프를 제조하였다.The washed sugarcane bagasse was dried at 100° C. for 3 hours, and polished through a stainless steel sieve of a 16 mesh IKA MF-10 mill to prepare fiber pulp.

섬유 펄프를 55 ℃에서 1 시간 동안 과산화수소(1 %, pH 13.5)로 표백하는 단위 공정을 총 3 회 반복 수행하고, 대기 분위기에서 3 시간 동안 NaOH 용액으로 잔류물을 제거한 후에, 에탄올 및 아세톤으로 세척하고, 50 ℃에서 6 시간 동안 건조시켜 셀룰로오스를 제조하였다.The unit process of bleaching the fiber pulp with hydrogen peroxide (1%, pH 13.5) at 55 °C for 1 hour was repeated three times in total, and the residue was removed with NaOH solution for 3 hours in an atmospheric atmosphere, followed by washing with ethanol and acetone. and dried at 50° C. for 6 hours to prepare cellulose.

실험 예 1-1 내지 실험 예 1-7은 아래의 [표 1]과 같이 정리될 수 있다. Experimental Example 1-1 to Experimental Example 1-7 may be organized as shown in [Table 1] below.

구분division 구조structure 실험 예 1-1Experimental Example 1-1 베이스 복합 섬유(CBC): 키토산 + 박테리아 셀룰로오스Base Composite Fiber (CBC): Chitosan + Bacterial Cellulose 실험 예 1-2Experimental Example 1-2 제1 복합 섬유(oCBC): 표면 산화된 키토산 + 표면 산화된 박테리아 셀룰로오스First composite fiber (oCBC): surface oxidized chitosan + surface oxidized bacterial cellulose 실험 예 1-3Experimental Example 1-3 제2 복합 섬유(qCBC): 제1 기능기를 갖는 키토산 + 제1 기능기를 갖는 박테리아 셀룰로오스Second composite fiber (qCBC): chitosan having a first functional group + bacterial cellulose having a first functional group 실험 예 1-4Experimental Example 1-4 제1 복합 섬유(oCBC) 및 제2 복합 섬유(qCBC)의 가교Crosslinking of first conjugated fibers (oCBC) and second conjugated fibers (qCBC) 실험 예 1-5Experimental Example 1-5 키토산이 생략된 박테리아 셀룰로오스Bacterial Cellulose Without Chitosan 실험 예 1-6Experimental Example 1-6 일반 박테리아 셀룰로오스Normal Bacterial Cellulose 실험 예 1-7Experimental Example 1-7 셀룰로오스cellulose

도 11은 본 출원의 실험 예 1-2 내지 1-4에 따라 제조된 제1 복합 섬유, 제2 복합 섬유, 및 고체 전해질의 수소 NMR 분석 결과이다. 11 is a hydrogen NMR analysis result of the first composite fiber, the second composite fiber, and the solid electrolyte prepared according to Experimental Examples 1-2 to 1-4 of the present application.

도 11을 참조하면, 상술된 실험 예 1-2 내지 1-4에 따라 제조된 제1 복합 섬유, 제2 복합 섬유, 및 고체 전해질에 대해서, 수소 NMR을 분석하였다. Referring to FIG. 11 , hydrogen NMR was analyzed for the first composite fiber, the second composite fiber, and the solid electrolyte prepared according to the above-described Experimental Examples 1-2 to 1-4.

도 11의 분석 결과에서 색상을 갖는 동그라미들은, 도 9에서 동일한 색상을 갖는 동그라미에 해당되는 수소 원자에 대응된다. 즉, 도 9에 색상을 갖는 동그라미들의 NMR 분석 결과를, 도 11에서 확인할 수 있다. 도 11에서 알 수 있듯이, 상기 제1 복합 섬유 및 상기 제2 복합 섬유가 교대로 그리고 반복적으로 동일한 비율로 가교 결합된 것을 확인할 수 있다. The colored circles in the analysis result of FIG. 11 correspond to hydrogen atoms corresponding to the same colored circles in FIG. 9 . That is, the NMR analysis result of the circles having the color in FIG. 9 can be confirmed in FIG. 11 . As can be seen in FIG. 11 , it can be seen that the first conjugated fibers and the second conjugated fibers are alternately and repeatedly cross-linked at the same ratio.

도 12는 본 출원의 실험 예 1-4 내지 실험 예 1-7에 따라 제조된 고체 전해질, 박테리아 셀룰로오스, 일반 박테리아 셀룰로오스, 및 셀룰로오스에 대한 XRD 분석 결과이다. 12 is an XRD analysis result of the solid electrolyte, bacterial cellulose, general bacterial cellulose, and cellulose prepared according to Experimental Examples 1-4 to Experimental Examples 1-7 of the present application.

도 12를 참조하면, 상술된 실험 예 1-4 내지 1-7에 따라 제조된 고체 전해질, 박테리아 셀룰로오스, 일반 박테리아 셀룰로오스, 및 셀룰로오스에 대해서 XRD 분석을 수행하였다. Referring to FIG. 12 , XRD analysis was performed on the solid electrolyte, bacterial cellulose, general bacterial cellulose, and cellulose prepared according to Experimental Examples 1-4 to 1-7 described above.

도 12에서 알 수 있듯이, 실험 예 1-7의 셀룰로오스 섬유는 높은 결정성을 갖는 것을 확인할 수 있고, (200), (110), (1-10) 결정면에 대응하는 피크 값을 가져 헥사고날 결정 구조를 갖는 것을 확인할 수 있다. 반면, 실험 예 1-6의 박테리아 셀룰로오스(C(I))는 결정성이 상대적으로 감소되었으며, (200) 결정면에 대응하는 피크의 2θ 값이 감소한 것을 확인할 수 있다. 12, it can be seen that the cellulose fibers of Experimental Examples 1-7 have high crystallinity, and have peak values corresponding to (200), (110), and (1-10) crystal planes to form hexagonal crystals. It can be seen that the structure has On the other hand, in the bacterial cellulose (C(I)) of Experimental Examples 1-6, the crystallinity was relatively decreased, and it can be seen that the 2θ value of the peak corresponding to the (200) crystal plane was decreased.

본 출원의 실시 예에 따라 제조된 실험 예 1-5의 박테리아 셀룰로오스는, 실험 예 1-7의 일반 셀룰로오스 섬유와 비교하여 현저하게 결정성이 감소하였으며, 실험 예 1-7의 일반 셀룰로오스 섬유 및 실험 예 1-6의 일반 박테리아 셀룰로오스와는 다르게 (020) 및 (110) 결정면에 대응하는 피크 값을 갖는 것을 확인할 수 있으며, (1-10) 결정면에 대응하여 2개의 피크 값을 갖는 것을 확인할 수 있다. 또한, (110) 결정면에 대응하는 피크 값이, 다른 결정면(예를 들어, (101), (1-10))에 대응하는 피크 값보다 높은 것을 확인할 수 있다. Bacterial cellulose of Experimental Example 1-5 prepared according to an example of the present application had significantly reduced crystallinity compared to the general cellulose fiber of Experimental Example 1-7, and the general cellulose fiber of Experimental Example 1-7 and the experiment It can be confirmed that it has peak values corresponding to the (020) and (110) crystal planes differently from the general bacterial cellulose of Example 1-6, and it can be confirmed that it has two peak values corresponding to the (1-10) crystal plane . In addition, it can be confirmed that the peak value corresponding to the (110) crystal plane is higher than the peak value corresponding to the other crystal planes (eg, (101), (1-10)).

또한, 본 출원의 실시 예에 따라 제조된 실험 예 1-4의 고체 전해질은 결정질 상 및 비정질 상을 동시에 갖되, 비정질 상의 비율이 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다. In addition, it can be seen that the solid electrolyte of Experimental Examples 1-4 prepared according to an embodiment of the present application has a crystalline phase and an amorphous phase at the same time, and the ratio of the amorphous phase is remarkably high.

도 13은 본 출원의 실험 예 1-4 내지 1-6에 따라 제조된 고체 전해질, 박테리아 셀룰로오스, 및 일반 박테리아 셀룰로오스에 대한 FT-IR 분석 결과이다.13 is an FT-IR analysis result of the solid electrolyte, bacterial cellulose, and general bacterial cellulose prepared according to Experimental Examples 1-4 to 1-6 of the present application.

도 13을 참조하면, 상술된 실험 예 1-4 내지 1-6에 따라 고체 전해질, 박테리아 셀룰로오스, 및 일반 박테리아 셀룰로오스에 대해서 FT-IR 분석을 수행하였다.Referring to FIG. 13 , FT-IR analysis was performed on solid electrolytes, bacterial cellulose, and general bacterial cellulose according to Experimental Examples 1-4 to 1-6 described above.

도 13에서 알 수 있듯이, 실험 예 1-6의 일반 박테리아 셀룰로오스와 비교하여, 실험 예 1-5의 박테리아 셀룰로오스의 경우, C-O 및 O-H의 신축진동(stretching vibration)이, 1056cm-1 및 2932cm-1에서 1022cm-1 및 2895cm-1으로 이동한 것을 확인할 수 있다. 또한, 본 출원의 실시 예에 따른 실험 예 1-4의 고체 전해질의 경우 C-N+ 신축 진동이 1458cm-1에서 관찰되어, quaternization 반응이 일어난 것을 확인할 수 있다. 2916cm-1 및 3320cm-1에서 진동은 O-H 신축 진동에 대응하며, 1652cm-1 및 1750cm-1은 물에 대응하는 것으로, 비정질의 고체 전해질 내에 충분한 물분자가 존재하는 것을 확인할 수 있고, 실험 예 1-4의 고체 전해질에서 C-O의 신축 진동의 강도가 증가한 것은, 키토산 및 박테리아 셀룰로오스의 반응에 따른 것이다. 또한, 실험 예 1-4의 고체 전해질 내에 카보네이트가 실질적으로 존재하지 않는 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라 상용화된 PVA 전해질과 비교하여 장점을 갖는 것을 알 수 있다. As can be seen in FIG. 13, compared with the general bacterial cellulose of Experimental Example 1-6, in the case of the bacterial cellulose of Experimental Example 1-5, the stretching vibrations of CO and OH were 1056 cm -1 and 2932 cm -1 It can be seen that it has moved to 1022 cm -1 and 2895 cm -1 . In addition, in the case of the solid electrolyte of Experimental Examples 1-4 according to the embodiment of the present application, CN + stretching vibration was observed at 1458 cm -1 , confirming that the quaternization reaction occurred. Vibration at 2916cm -1 and 3320cm -1 corresponds to the OH stretching vibration, 1652cm -1 and 1750cm -1 are to correspond to the water, it is possible to confirm that there is sufficient water molecules present in the solid electrolyte is an amorphous, Experiment 1 The increase in the strength of the stretching vibration of CO in the solid electrolyte of -4 is due to the reaction of chitosan and bacterial cellulose. In addition, it can be seen that carbonate is not substantially present in the solid electrolyte of Experimental Examples 1-4, and thus it can be seen that it has an advantage compared to a commercialized PVA electrolyte.

도 14는 본 출원의 실험 예 1-4에 따라 제조된 고체 전해질을 촬영한 SEM 사진이다. 14 is an SEM photograph of a solid electrolyte prepared according to Experimental Examples 1-4 of the present application.

도 14를 참조하면, 상술된 실험 예 1-4에 따라 제조된 고체 전해질의 SEM 사진을 촬영하였다. Referring to FIG. 14 , an SEM photograph of the solid electrolyte prepared according to Experimental Examples 1-4 described above was taken.

도 14에서 알 수 있듯이, 복수의 기공들이 내부에 다수 존재하는 것을 확인할 수 있고, 키토산이 결합된 박테리아 셀룰로오스 섬유가 피브릴화된 형태로 제공되며 5~10nm의 직경을 갖는 것을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 14 , it can be confirmed that a plurality of pores are present inside, and it can be confirmed that the chitosan-bound bacterial cellulose fibers are provided in fibrillated form and have a diameter of 5 to 10 nm.

측정된 기공의 크기는 약 20~200nm이며, 고체 전해질 내에서 키토산이 결합된 박테리아 셀룰로오스 섬유가 높은 기공 및 높은 표면적으로 네트워크를 구성하여, 스웰링에 대한 높은 강도를 가질 수 있음을 알 수 있다. The measured pore size is about 20-200 nm, and it can be seen that the bacterial cellulose fibers bound with chitosan in the solid electrolyte form a network with high pores and high surface area, so that it can have high strength against swelling.

도 15는 본 출원의 실험 예 1-4에 따라 제조된 고체 전해질의 TGA 및 DSC 분석 결과이다. 15 is a TGA and DSC analysis result of the solid electrolyte prepared according to Experimental Examples 1-4 of the present application.

도 15를 참조하면, 상술된 실험 예 1-4에 따라 제조된 고체 전해질에 대해서 질소 분위기에서 5℃/min의 조건으로 온도를 증가시키면서, TGA 및 DSC 분석을 수행하였다. Referring to FIG. 15 , TGA and DSC analysis were performed on the solid electrolyte prepared according to Experimental Examples 1-4 as described above while increasing the temperature under a condition of 5° C./min in a nitrogen atmosphere.

도 15에서 알 수 있듯이, 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질이 약 225℃까지 안정적으로 열적 안정성을 갖는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 고체 전해질이 고온 안정성을 갖는 것을 알 수 있다. As can be seen from FIG. 15 , it can be confirmed that the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application has stable thermal stability up to about 225°C. That is, it can be seen that the solid electrolyte prepared according to the embodiment of the present invention has high temperature stability.

도 16 내지 도 19는 본 출원의 실험 예 1-4 및 1-5에 따른 고체 전해질 및 박테리아 셀룰로오스의 XPS 분석 결과 그래프들이다. 16 to 19 are graphs of XPS analysis results of solid electrolytes and bacterial cellulose according to Experimental Examples 1-4 and 1-5 of the present application.

도 16 내지 도 19를 참조하면, 상술된 실험 예 1-4 및 1-5에 따라 제조된 고체 전해질 및 박테리아 셀룰로오스에 대해서 XPS 분석을 수행하였다. 도 17은 C1s 스펙트라이고, 도 18은 N1s 스펙트라이고, 도 19는 O1s 스펙트라이다. 16 to 19 , XPS analysis was performed on the solid electrolyte and bacterial cellulose prepared according to Experimental Examples 1-4 and 1-5 described above. FIG. 17 is a C1s spectra, FIG. 18 is an N1s spectra, and FIG. 19 is an O1s spectra.

도 17에서, 284.5eV, 285.9eV, 288eV, 및 289.7eV는 각각 C=C, C-N, C-O, 및 C-OH에 각각 대응되고, 도 18에서 399.9eV, 401.3eV, 및 402.5eV는 각각 pyrrolic, quaternary, 및 oxidized N에 대응된다. In Fig. 17, 284.5 eV, 285.9 eV, 288 eV, and 289.7 eV correspond to C=C, CN, CO, and C-OH, respectively, and in Fig. 18, 399.9 eV, 401.3 eV, and 402.5 eV are respectively pyrrolic, Corresponds to quaternary, and oxidized N.

도 16 내지 도 19에서 알 수 있듯이, 키토산이 생략된 실험 예 1-5의 박테리아 셀룰로오스와 비교하여 키토산이 결합된 박테리아 셀룰로오스를 갖는 실험 예 1-4의 고체 전해질은, XPS 분석 결과 N1s 스펙트럼에서 pyrrolic, quaternary, 및 oxidized N에 대응하는 피크값을 갖는 것을 확인할 수 있다.As can be seen in FIGS. 16 to 19 , the solid electrolyte of Experimental Example 1-4 having chitosan-bound bacterial cellulose compared to the bacterial cellulose of Experimental Example 1-5 in which chitosan is omitted is pyrrolic in the N1s spectrum as a result of XPS analysis. , quaternary, and it can be confirmed that it has peak values corresponding to oxidized N.

도 20은 본 출원의 실험 예 1-4에 따라 제조된 고체 전해질의 내염기성 테스트 결과를 설명하기 위한 이온 전도도 측정 결과이다. 20 is an ionic conductivity measurement result for explaining the basic resistance test result of the solid electrolyte prepared according to Experimental Examples 1-4 of the present application.

도 20을 참조하면, 상술된 실험 예 1-4에 따라 제조된 고체 전해질, PVA 필름, 및 음이온 교환막인 A201 멤브레인(Tokuyama)를 100℃의 1M KOH 용액에 침지시킨 후, 2500시간 동안 시간에 따른 이온 전도도를 측정하였다. 도 20에서 삽입된 사진은 본 출원의 실험 예 1-4에 따라 제조된 고체 전해질(30cm x 30cm, 5um)를 촬영한 것이다. Referring to FIG. 20, after immersing the solid electrolyte, PVA film, and anion exchange membrane A201 membrane (Tokuyama) prepared according to the above-described Experimental Example 1-4 in 1M KOH solution at 100° C., the time for 2500 hours The ionic conductivity was measured. The picture inserted in FIG. 20 was taken of the solid electrolyte (30cm x 30cm, 5um) prepared according to Experimental Examples 1-4 of the present application.

도 20에서 알 수 있듯이, 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질은 실질적으로 이온 전도도의 변화가 없는 것을 확인할 수 있다. 반면, A201 멤브레인 및 PVA 필름은 이온 전도도가 급격하게 저하되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 출원의 실시 예에 따른 고체 전해질이 염기성 환경에서 사용되더라도, 이온 전도도의 변화 없이, 장기 신뢰성을 갖는 것을 확인할 수 있다.As can be seen from FIG. 20 , it can be confirmed that the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application has substantially no change in ionic conductivity. On the other hand, it can be seen that the ionic conductivity of the A201 membrane and the PVA film is rapidly reduced. That is, even if the solid electrolyte according to the embodiment of the present application is used in a basic environment, it can be confirmed that the ionic conductivity has long-term reliability without change.

도 21은 본 출원의 실험 예 1-4에 따라 제조된 고체 전해질의 내염기성 테스트 결과를 설명하기 위한 XRD 분석 결과이다. 21 is an XRD analysis result for explaining the basic resistance test result of the solid electrolyte prepared according to Experimental Examples 1-4 of the present application.

도 21을 참조하면, 도 20를 참조하여 설명된 것과 같이, 실험 예 1-4의 고체 전해질을 KOH 용액에 침지시킨 후, XRD 분석을 수행하였다. Referring to FIG. 21 , as described with reference to FIG. 20 , the solid electrolyte of Experimental Example 1-4 was immersed in a KOH solution, and then XRD analysis was performed.

도 21에서 알 수 있듯이, 장시간 염기성 용액에 침지된 이후에도, 고체 전해질 내에, 실질적인 결정학적 변화가 없는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 출원의 실시 예에 따른 고체 전해질이 염기성 환경에서 사용되더라도, 결정학적 변화 없이, 장기 신뢰성을 갖는 것을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 21 , it can be confirmed that there is no substantial crystallographic change in the solid electrolyte even after being immersed in the basic solution for a long time. That is, even when the solid electrolyte according to the embodiment of the present application is used in a basic environment, it can be confirmed that the solid electrolyte has long-term reliability without crystallographic change.

도 22는 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질의 내염기성 테스트 결과를 설명하기 위한 사진이다. 22 is a photograph for explaining the basic resistance test result of the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.

도 22를 참조하면, 도 20를 참조하여 설명된 것과 같이, 실험 예 1-4의 고체 전해질을 KOH 용액에 침지 시킨 후 사진을 촬영하였다. Referring to FIG. 22, as described with reference to FIG. 20, the solid electrolyte of Experimental Example 1-4 was immersed in a KOH solution, and then a photograph was taken.

도 22에서 알 수 있듯이, 장시간 염기성 용액에 침지된 이후에도 고체 전해질 멤브레인의 실질적인 외관 변화가 없는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 출원의 실시 예에 따른 고체 전해질이 염기성 환경에서 사용되더라도, 외형적인 변화 없이, 장기 신뢰성을 갖는 것을 확인할 수 있다.As can be seen from FIG. 22 , it can be confirmed that there is no substantial change in the appearance of the solid electrolyte membrane even after being immersed in the basic solution for a long time. That is, even when the solid electrolyte according to the embodiment of the present application is used in a basic environment, it can be confirmed that the solid electrolyte has long-term reliability without external change.

도 23은 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질의 수분 함침율에 따른 스트레스-스트레인 그래프를 도시한 것이다. 23 is a stress-strain graph according to the moisture impregnation rate of the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.

도 23을 참조하면, 상술된 실험 예 1-4에 따라 제조된 고체 전해질(CBCs)의 수분 함침율에 따른 스트레스-스트레인 분석을 상온에서 40% 상대습도 조건에서 수행하였다. 동일한 조건에서 A201멤브레인(수분 함침율 44wt%)에 대해서도 스트레스-스트레인 분석을 수행하였다. Referring to FIG. 23 , the stress-strain analysis according to the moisture impregnation rate of the solid electrolytes (CBCs) prepared according to Experimental Examples 1-4 described above was performed at room temperature and 40% relative humidity. Stress-strain analysis was also performed on the A201 membrane (water impregnation rate of 44wt%) under the same conditions.

도 23에서 확인할 수 있듯이, 수분 함침율에 따라서 인가되는 스트레스에 대한 스트레인 값이 변화되는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 수분 함침율이 증가할수록 항복 강도가 낮아지는 것을 확인할 수 있다. As can be seen in FIG. 23 , it can be confirmed that the strain value for the applied stress is changed according to the moisture impregnation rate. Specifically, it can be seen that the yield strength decreases as the water impregnation rate increases.

특히, 상업적으로 판매되는 A201 멤브레인과 비교하여, 본 출원의 실험 예에 따른 고체 전해질은, 현저하게 높은 수분 함침율을 갖는 동시에, 현저하게 높은 기계적 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다. In particular, it can be seen that the solid electrolyte according to the experimental example of the present application has a remarkably high water impregnation rate and remarkably high mechanical properties compared to the commercially available A201 membrane.

도 24는 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질의 기계적 변형에 따른 이온 전도도를 측정한 결과 그래프이다. 24 is a graph showing the results of measuring ionic conductivity according to mechanical deformation of the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.

도 24를 참조하면, 상술된 실험 예 1-4에 따라 제조된 고체 전해질(CBCs) 및 A201 멤브레인을 0도에서 180도까지 굽히면서 이온 전도도를 측정하고, 구기거나 감은 후 이온 전도도를 측정하였다. Referring to FIG. 24 , the ionic conductivity was measured while bending the solid electrolytes (CBCs) and the A201 membrane prepared according to Experimental Examples 1-4 described above from 0° to 180°, and the ionic conductivity was measured after crumpling or winding.

도 24에서 알 수 있듯이, 본 출원의 실험 예 1-4에 따라 제조된 고체 전해질은 다양한 기계적 변형에도 실질적인 이온 전도도의 변화가 없는 것을 확인할 수 있다. 반면, 상업적으로 판매되는 A201 멤브레인은 굽힘 횟수에 따라서 이온 전도도가 감소하며, 구기거나 감은 경우, 이온 전도도가 급격하게 저하되는 것을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 24 , it can be confirmed that the solid electrolyte prepared according to Experimental Examples 1-4 of the present application has no substantial change in ionic conductivity despite various mechanical deformations. On the other hand, it can be seen that the commercially available A201 membrane has a decrease in ionic conductivity according to the number of bending, and a sharp decrease in ionic conductivity when crumpled or wound.

즉, 본 출원의 실험 예에 따른 고체 전해질이, 다양한 기계적 변형에도 이온 전도도의 실질적인 변화 없이, 안정적인 성능을 유지하는 것을 확인할 수 있다. That is, it can be confirmed that the solid electrolyte according to the experimental example of the present application maintains stable performance without substantial change in ionic conductivity despite various mechanical deformations.

도 25는 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질의 저장 탄성율(storage modulus)을 측정한 그래프이다. 25 is a graph of measuring the storage modulus of the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.

도 25를 참조하면, 상술된 실험 예 1-4에 따라 제조된 고체 전해질에 외력이 인가되는 주파수를 변화시키면서 저장 탄성율을 측정하였다. 도 25에서 알 수 있듯이, 주파수가 증가함에 따라서, 고체 전해질의 저장 탄성율이 리니어하게 증가하는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 25 , the storage modulus was measured while changing the frequency at which an external force is applied to the solid electrolyte prepared according to Experimental Examples 1-4 described above. As can be seen from FIG. 25 , as the frequency increases, it can be seen that the storage elastic modulus of the solid electrolyte increases linearly.

도 26은 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질의 기계적 안정성을 설명하기 위한 사진이다. 26 is a photograph for explaining the mechanical stability of the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.

도 26을 참조하면, 상술된 실험 예 1-4에 따라 제조된 고체 전해질을 상온(도 26의 a, b, c) 및 -20℃(도 26의 d, e, f)에서 구긴 후, 복원 여부를 촬영하였다. 도 26에서 알 수 있듯이, 상온은 물론 저온에서도, 구긴 후, 용이하게 실질적인 원래 상태로 복원되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질이, 상온에서는 물론 저온 환경에서 다양한 기계적 변형에도 실질적인 외형 변화 없이, 안정적으로 복원되는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 26, after crumpling the solid electrolyte prepared according to Experimental Example 1-4 described above at room temperature (a, b, c in FIG. 26) and -20°C (d, e, f in FIG. 26), restoration Whether it was filmed As can be seen from FIG. 26 , it can be confirmed that, after crumpling, it is easily restored to a substantially original state at room temperature as well as at a low temperature. That is, it can be seen that the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application is stably restored without substantial external change in various mechanical deformations at room temperature as well as in a low-temperature environment.

도 27은 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질의 다양한 이온 전달율을 측정한 그래프이다. 27 is a graph measuring various ion transfer rates of the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.

도 27을 참조하면, 상술된 실험 예 1-4에 따라 제조된 고체 전해질에 대해서 K+, Zn2+, OH-, TFSI-, [Ch]+ 이온에 대한 이온 전달율을 계산하였다. 도 27에 도시된 바와 같이, OH- 이온에 대해서 가장 높은 전달율을 갖는 것을 확인되었고, OH- 이온 다음으로 K+ 이온에 대해서 높은 전달율을 갖는 것으로 확인되었다. Referring to FIG. 27 , ion transfer rates for K + , Zn 2+ , OH , TFSI , [Ch] + ions were calculated for the solid electrolyte prepared according to Experimental Examples 1-4. As shown in Figure 27, OH - it has been identified that has the highest transmission rate for the ion, OH - ions and then to it was confirmed to have high transmission rate for K + ion.

구체적인 이온 전도도는 아래의 [표 2]와 같다. Specific ionic conductivity is shown in [Table 2] below.

이온 종류Ion type Charge valence
(Zi)
Charge valence
(Z i )
이온 전도도
(m2s-1V-1)
Ionic Conductivity
(m 2 s -1 V -1 )
농도
(M)
density
(M)
이동 계수
(ti)
move factor
(t i )
K+ K + 1One 6.88*10-8 6.88*10 -8 66 0.150.15 Zn2+ Zn 2+ 22 5.32*10-8 5.32*10 -8 0.20.2 0.0140.014 OH- OH - 1One 2.15*10-7 2.15*10 -7 66 0.750.75 TFSI- TFSI - 1One 3.69*10-8 3.69*10 -8 0.40.4 0.0060.006 [Ch]+ [Ch] + 1One 7.56*10-8 7.56*10 -8 1One 0.080.08

실험 예 2-1 내지 2-5에 따른 고체 전해질 제조Preparation of a solid electrolyte according to Experimental Examples 2-1 to 2-5

상술된 실험 예 1-4와 동일한 방법으로 고체 전해질을 제조하되, 실험 예 1-2의 제1 복합 섬유(oCBC)의 비율 및 실험 예 1-3의 제2 복합 섬유(qCBC)의 비율을 아래의 [표 3]과 같이 조절하면서, 실험 예 2-1 내지 실험 예 2-5에 따른 고체 전해질을 제조하였다. A solid electrolyte was prepared in the same manner as in Experimental Example 1-4 described above, except that the ratio of the first composite fiber (oCBC) of Experimental Example 1-2 and the ratio of the second composite fiber (qCBC) of Experimental Example 1-3 were below. Solid electrolytes according to Experimental Examples 2-1 to 2-5 were prepared while controlling as shown in Table 3 of [Table 3].

구분division 제1 복합 섬유first composite fiber 제2 복합 섬유second composite fiber 실험 예 2-1 Experimental Example 2-1 10wt%10wt% 90wt%90wt% 실험 예 2-2Experimental Example 2-2 30wt%30wt% 70wt%70wt% 실험 예 2-3 Experimental Example 2-3 50wt%50wt% 50wt%50wt% 실험 예 2-4Experimental Example 2-4 70wt%70wt% 30wt%30wt% 실험 예 2-5Experimental Example 2-5 90wt%90wt% 10wt%10wt%

도 28은 본 출원의 실험 예 2-1 내지 실험 예 2-5에 따른 고체 전해질의 XRD 분석 결과이다. 28 is an XRD analysis result of solid electrolytes according to Experimental Examples 2-1 to 2-5 of the present application.

도 28을 참조하면, 상술된 실험 예 2-1 내지 실험 예 2-5에 따른 고체 전해질에 대한 XRD 분석을 수행하였다. Referring to FIG. 28 , XRD analysis was performed on the solid electrolytes according to Experimental Examples 2-1 to 2-5 described above.

도 28에서 확인할 수 있듯이, 실험 예 2-1 내지 실험 예 2-5에 따른 고체 전해질이 (101) 및 (002) 결정면에 대응하는 피크 값을 가지며, 제1 복합 섬유(oCBC) 및 제2 복합 섬유(qCBC)의 비율에 따라서, 결정 구조는 실질적으로 변화되지 않지만, 제2 복합 섬유의 비율이 증가함에 따라서 (002) 결정면에 대응하는 피크 값의 2θ값이 미세하게 증가하는 것을 확인할 수 있다.As can be seen in FIG. 28 , the solid electrolytes according to Experimental Examples 2-1 to 2-5 have peak values corresponding to (101) and (002) crystal planes, and the first composite fiber (oCBC) and the second composite fiber According to the ratio of the fiber (qCBC), the crystal structure is not substantially changed, but it can be seen that the 2θ value of the peak value corresponding to the (002) crystal plane slightly increases as the ratio of the second composite fiber increases.

도 29는 본 출원의 실험 예 2-1 내지 실험 예 2-5에 따른 고체 전해질의 온도에 따른 이온 전도도를 측정한 것이다. 29 illustrates measurements of ionic conductivity according to temperature of solid electrolytes according to Experimental Examples 2-1 to 2-5 of the present application.

도 29를 참조하면, 상술된 실험 예 2-1 내지 실험 예 2-5에 따른 고체 전해질에 대해서 이온 전도도를 온도에 따라서 측정하고, 상업적으로 판매되는 A201 멤브레인의 이온 전도도를 온도에 따라서 측정하여 비교하였다. Referring to FIG. 29 , the ionic conductivity of the solid electrolytes according to Experimental Examples 2-1 to 2-5 described above was measured according to temperature, and the ionic conductivity of the commercially available A201 membrane was measured and compared according to temperature. did.

도 29에서 알 수 있듯이, 온도가 증가할수록, 실험 예 2-1 내지 실험 예 2-5에 따른 고체 전해질 및 A201 멤브레인의 이온 전도도가 증가하였다. 또한, 실험 예 2-1 내지 실험 예 2-5에 따른 고체 전해질의 이온 전도도가 A201 멤브레인과 비교하여 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 29 , as the temperature increased, the ionic conductivity of the solid electrolyte and the A201 membrane according to Experimental Examples 2-1 to 2-5 increased. In addition, it can be seen that the ionic conductivity of the solid electrolytes according to Experimental Examples 2-1 to 2-5 is significantly higher than that of the A201 membrane.

이에 더하여, 실험 예 2-3에 따라서 제1 복합 섬유 및 제2 복합 섬유의 비율이 동일한 고체 전해질의 이온 전도도가, 실험 예 2-1, 실험 예 2-2, 실험 예 2-4, 및 실험 예 2-5에 따른 고체 전해질들보다 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다. 결과적으로, 제1 복합 섬유의 비율을 30wt% 초과 70wt% 미만으로 제어하고, 제2 복합 섬유의 비율을 70wt% 미만 30wt% 초과로 제어하는 것이, OH 이온의 이온 전도도를 향상시킬 수 있는 효율적인 방법인 것을 확인할 수 있다. In addition, according to Experimental Example 2-3, the ionic conductivity of the solid electrolyte having the same ratio of the first composite fiber and the second composite fiber was determined in Experimental Example 2-1, Experimental Example 2-2, Experimental Example 2-4, and Experimental Example. It can be confirmed that it is significantly higher than the solid electrolytes according to Examples 2-5. As a result, controlling the proportion of the first composite fiber to be more than 30 wt% and less than 70 wt% and controlling the proportion of the second conjugate fiber to less than 70 wt% and more than 30 wt% is an efficient way to improve the ionic conductivity of OH ions It can be confirmed that

실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질 제조Preparation of a solid electrolyte according to Experimental Example 3-1 to Experimental Example 3-5

상술된 실험 예에 따라서, 베이스 복합 섬유를 제조하되, 키토산 유도체의 첨가 비율을 조절하여 키토산 함량이 서로 다른 베이스 복합 섬유를 제조하였다. 이후, 상술된 실험 예 1-4에 따라서, 키토산 함량이 서로 다른 베이스 복합 섬유를 이용하여, 고체 전해질을 제조하였다. According to the above-described experimental example, a base composite fiber was prepared, but the base composite fiber having a different chitosan content was prepared by controlling the addition ratio of the chitosan derivative. Then, according to Experimental Examples 1-4 described above, a solid electrolyte was prepared using the base composite fibers having different chitosan contents.

실험 예 3-6에 따른 키토산 준비Chitosan preparation according to Experimental Example 3-6

상술된 실험 예 3-1 내지 3-5에 대한 비교 예로, 순수 키토산을 준비하였다.As a comparative example for the above-described Experimental Examples 3-1 to 3-5, pure chitosan was prepared.

실험 예 3-1 내지 실험 예 3-6에 따른 고체 전해질 내의 키토산의 함량은 아래의 [표 4]와 같다. The content of chitosan in the solid electrolyte according to Experimental Example 3-1 to Experimental Example 3-6 is shown in Table 4 below.

구분division 키토산의 비율proportion of chitosan 실험 예 3-1Experimental Example 3-1 10wt%10wt% 실험 예 3-2Experimental Example 3-2 30wt%30wt% 실험 예 3-3Experimental Example 3-3 50wt%50wt% 실험 예 3-4Experimental Example 3-4 70wt%70wt% 실험 예 3-5Experimental Example 3-5 90wt%90wt% 실험 예 3-6Experimental Example 3-6 100wt%100wt%

도 30 내지 도 32는 본 출원의 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질 및 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스의 XPS 분석 결과이고, 도 33은 본 출원의 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질 및 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스의 원소 비율을 분석한 그래프이고, 도 34는 본 출원의 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질 및 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스의 C1s 스펙트라의 구성 비율을 분석한 결과이고, 도 35는 본 출원의 실험 예 3-1 내지 3-5에 따른 고체 전해질 및 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스의 N1s 스펙트라의 구성 비율을 분석한 결과이다. 30 to 32 are XPS analysis results of solid electrolytes according to Experimental Examples 3-1 to 3-5 of the present application and bacterial cellulose according to Experimental Examples 1-5, and FIG. 33 is Experimental Example 3- of the present application. 1 to Experimental Example 3-5 is a graph analyzing the element ratio of the solid electrolyte and Experimental Example 1-5 according to Experimental Example 1-5, Figure 34 is a solid according to Experimental Example 3-1 to Experimental Example 3-5 of the present application It is a result of analyzing the composition ratio of C1s spectra of bacterial cellulose according to electrolyte and Experimental Example 1-5, and FIG. 35 is a solid electrolyte according to Experimental Examples 3-1 to 3-5 of the present application and Experimental Example 1-5 This is the result of analyzing the composition ratio of N1s spectra of bacterial cellulose.

도 30 내지 도 35를 참조하면, 상술된 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질, 및 상술된 실험 예 1-5에 따른 키토산이 생략된 박테리아 셀룰로오스에 대해서 XPS 분석을 수행하고, 도 33과 같이, 고체 전해질 내 원소의 비율을 분석하고, 도 34와 같이 C1s 스펙트라의 구성 비율을 분석하고 도 35와 같이 N1s 스펙트라의 구성 비율을 분석하였다. 도 30은 C1s 스펙트라이고, 도 31은 O1s 스펙트라이고, 도 32는 N1s 스펙트라이다. 30 to 35 , XPS analysis was performed on the solid electrolyte according to the above-described Experimental Examples 3-1 to 3-5, and the bacterial cellulose in which chitosan according to the above-described Experimental Example 1-5 was omitted, and , As shown in FIG. 33, the ratio of elements in the solid electrolyte was analyzed, the composition ratio of C1s spectra was analyzed as shown in FIG. 34, and the composition ratio of N1s spectra was analyzed as shown in FIG. 35 . 30 is a C1s spectrum, FIG. 31 is an O1s spectrum, and FIG. 32 is an N1s spectrum.

실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질의 경우, 키토산이 생략된 실험 예 1-5의 박테리아 셀룰로오스와 비교하여, 키토산 및 박테리아 셀룰로오스의 결합에 따라서 C-N 결합이 관찰되는 것을 확인할 수 있다. In the case of the solid electrolytes according to Experimental Examples 3-1 to 3-5, it can be confirmed that CN bonding is observed according to the bonding of chitosan and bacterial cellulose, compared to the bacterial cellulose of Experimental Example 1-5 in which chitosan is omitted. have.

또한, 도 30 및 도 34에서 알 수 있듯이, 키토산의 비율이 0에서 50wt%까지 증가할수록 C-N의 비율이 증가하고, 키토산의 비율이 50wt%에서 90wt%까지 증가할수록 C-N 비율이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 키토산의 비율을 30wt% 초과 70wt% 미만인 경우, 고체 전해질 내 C-N 비율이 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다. In addition, as can be seen in FIGS. 30 and 34, as the ratio of chitosan increases from 0 to 50wt%, the ratio of CN increases, and as the ratio of chitosan increases from 50wt% to 90wt%, it can be seen that the CN ratio decreases. have. In other words, when the proportion of chitosan is more than 30 wt% and less than 70 wt%, it can be confirmed that the C-N ratio in the solid electrolyte is remarkably high.

또한, 도 32 및 도 35에서 확인할 수 있듯이, 키토산이 생략된 실험 예 1-5의 박테리아 셀룰로오스는 질소 피크가 검출되지 않았으며, 키토산의 비율이 증가함에 따라서, oxidized N의 비율은 대체적으로 증가하였으나, pyrrolic N의 비율은 키토산의 비율이 0에서 50wt%까지 증가할수록 증가하고, 키토산의 비율이 50wt%에서 90wt%까지 증가할수록 감소하는 것을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 키토산의 비율을 30wt% 초과 70wt% 미만인 경우, 고체 전해질 내 pyrrolic N 비율이 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다.In addition, as can be seen in FIGS. 32 and 35, the nitrogen peak was not detected in the bacterial cellulose of Experimental Examples 1-5 in which chitosan was omitted, and as the ratio of chitosan increased, the ratio of oxidized N was generally increased, but , it can be seen that the ratio of pyrrolic N increases as the ratio of chitosan increases from 0 to 50wt%, and decreases as the ratio of chitosan increases from 50wt% to 90wt%. In other words, when the proportion of chitosan is more than 30wt% and less than 70wt%, it can be confirmed that the ratio of pyrrolic N in the solid electrolyte is remarkably high.

또한, 도 33에서 알 수 있듯이, 키토산의 비율이 증가할수록 질소의 비율이 증가하며, 실험 예 3-5에 따라서 키토산 비율이 90wt%인 경우 6.63at%의 질소 비율을 갖는 것으로 확인되었다. In addition, as can be seen from FIG. 33, as the ratio of chitosan increases, the ratio of nitrogen increases, and according to Experimental Examples 3-5, when the ratio of chitosan is 90wt%, it was confirmed to have a nitrogen ratio of 6.63at%.

도 36은 본 출원의 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질, 실험 예 3-6에 따른 키토산, 및 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스의 XRD 분석 결과이다. 36 is an XRD analysis result of the solid electrolyte according to Experimental Examples 3-1 to 3-5 of the present application, chitosan according to Experimental Examples 3-6, and bacterial cellulose according to Experimental Examples 1-5 of the present application.

도 36을 참조하면, 상술된 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질, 실험 예 3-6에 따른 키토산, 및 상술된 실험 예 1-5에 따른 키토산이 생략된 박테리아 셀룰로오스에 대해서 XRD 분석을 수행하였다. Referring to FIG. 36 , the solid electrolyte according to Experimental Example 3-1 to Experimental Example 3-5 described above, chitosan according to Experimental Example 3-6, and chitosan according to Experimental Example 1-5 were omitted in bacterial cellulose. XRD analysis was performed on the

도 36에서 알 수 있듯이, 실험 예 3-6의 키토산 자체는 특정한 피크가 관찰되지 않았으며, 실험 예 1-5의 박테리아 셀룰로오스)와 비교하여 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-6에 따른 고체 전해질은 결정성이 다소 낮은 것을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 36, in the chitosan itself of Experimental Example 3-6, a specific peak was not observed, and the solid according to Experimental Example 3-1 to Experimental Example 3-6 compared to the bacterial cellulose of Experimental Example 1-5) It can be seen that the electrolyte has somewhat low crystallinity.

또한, 키토산의 비율이 점차적으로 증가함에 따라서, 결정성이 감소되어 키토산과 같이 비정질 상을 갖는 것을 확인할 수 있으며, 특히, 실험 예 3-4에 따라서 키토산의 비율이 70wt% 이상인 경우, 결정성이 급격하게 저하되는 것을 확인할 수 있다. In addition, as the ratio of chitosan gradually increases, it can be confirmed that the crystallinity is reduced and has an amorphous phase like chitosan. In particular, when the ratio of chitosan is 70 wt% or more according to Experimental Example 3-4, the crystallinity is It can be seen that there is a sharp decline.

도 37은 본 출원의 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질, 실험 예 3-6에 따른 키토산, 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스, 및 실험 예 1-6에 따른 일반 박테리아 셀룰로오스의 온도에 따른 이온 전도도를 측정한 것이다. 37 is a solid electrolyte according to Experimental Example 3-1 to Experimental Example 3-5 of the present application, chitosan according to Experimental Example 3-6, bacterial cellulose according to Experimental Example 1-5, and general according to Experimental Example 1-6 The ionic conductivity according to the temperature of bacterial cellulose was measured.

도 37을 참조하면, 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질, 실험 예 3-6에 따른 키토산, 실험 예 1-5에 따른 키토산이 생략된 박테리아 셀룰로오스, 및 실험 예 1-6에 따른 일반 박테리아 셀룰로오스 대해서 이온 전도도를 온도에 따라서 측정하였다.Referring to FIG. 37 , the solid electrolyte according to Experimental Example 3-1 to Experimental Example 3-5, chitosan according to Experimental Example 3-6, bacterial cellulose in which chitosan according to Experimental Example 1-5 is omitted, and Experimental Example 1- For general bacterial cellulose according to 6, the ionic conductivity was measured as a function of temperature.

도 37에서 알 수 있듯이, 온도가 증가할수록, 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5의 고체 전해질, 실험 예 3-6의 키토산, 실험 예 1-5의 키토산이 생략된 박테리아 셀룰로오스, 및 실험 예 1-6의 일반 박테리아 셀룰로오스의 이온 전도도가 증가하였다. 또한, 본 발명의 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스가, 실험 예 1-6의 일반 박테리아 셀룰로오스, 및 실험 예 3-6의 키토산과 비교하여 높은 이온 전도도를 갖는 것을 확인할 수 있고, 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질의 이온 전도도가 실험 예 1-5의 키토산이 생략된 박테리아 셀룰로오스, 실험 예 1-6의 일반 박테리아 셀룰로오스, 및 실험 예 3-6의 키토산과 비교하여, 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다. As can be seen from Figure 37, as the temperature increases, the solid electrolyte of Experimental Examples 3-1 to 3-5, chitosan of Experimental Example 3-6, bacterial cellulose in which chitosan of Experimental Example 1-5 is omitted, and the experiment The ionic conductivity of the normal bacterial cellulose of Examples 1-6 was increased. In addition, it can be confirmed that the bacterial cellulose according to Experimental Example 1-5 of the present invention has a higher ionic conductivity compared to the general bacterial cellulose of Experimental Example 1-6 and chitosan of Experimental Example 3-6, Experimental Example 3 The ionic conductivity of the solid electrolytes according to -1 to Experimental Examples 3-5 was compared with the bacterial cellulose in which the chitosan of Experimental Example 1-5 was omitted, the general bacterial cellulose of Experimental Example 1-6, and the chitosan of Experimental Example 3-6 , it can be seen that it is remarkably high.

이에 더하여, 실험 예 3-3에 따라서 50wt% 키토산을 갖는 고체 전해질의 이온 전도도가, 실험 예 3-1, 실험 예 3-2, 실험 예 3-4, 및 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질들보다 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다. 결과적으로, 고체 전해질 내에서 키토산의 비율을 30wt% 초과 70wt% 미만으로 제어하는 것이, OH 이온의 이온 전도도를 향상시킬 수 있는 효율적인 방법인 것을 확인할 수 있다.In addition, the ionic conductivity of the solid electrolyte having 50wt% chitosan according to Experimental Example 3-3 was the solid electrolyte according to Experimental Example 3-1, Experimental Example 3-2, Experimental Example 3-4, and Experimental Example 3-5. It can be seen that they are significantly higher than As a result, it can be confirmed that controlling the proportion of chitosan in the solid electrolyte to be more than 30 wt% and less than 70 wt% is an effective method for improving the ionic conductivity of OH ions.

도 38은 본 출원의 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질, 실험 예 3-6에 따른 키토산, 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스, 및 실험 예 1-6에 따른 일반 박테리아 셀룰로오스의 온도에 따른 스웰링 비율을 측정한 것이다. 38 is a solid electrolyte according to Experimental Example 3-1 to Experimental Example 3-5 of the present application, chitosan according to Experimental Example 3-6, bacterial cellulose according to Experimental Example 1-5, and general according to Experimental Example 1-6 The swelling ratio according to the temperature of bacterial cellulose was measured.

도 38을 참조하면, 상술된 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질, 실험 예 3-6에 따른 키토산, 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스, 및 실험 예 1-6에 따른 일반 박테리아 셀룰로오스에 대해서 스웰링 비율을 온도에 따라서 측정하였다. Referring to FIG. 38 , the solid electrolyte according to Experimental Example 3-1 to Experimental Example 3-5, chitosan according to Experimental Example 3-6, bacterial cellulose according to Experimental Example 1-5, and Experimental Example 1-6 For general bacterial cellulose according to the temperature, the swelling ratio was measured.

도 38에서 알 수 있듯이, 온도가 증가할수록, 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질, 실험 예 3-6의 키토산, 실험 예 1-5의 키토산이 생략된 박테리아 셀룰로오스, 및 실험 예 1-6의 일반 박테리아 셀룰로오스의 스웰링 비율이 증가하였다. 또한, 본 출원의 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스가, 실험 예 1-6의 일반 박테리아 셀룰로오스, 및 실험 예 3-6의 키토산은 물론, 실험 예 3-1, 실험 예 3-2, 실험 예 3-4 및 실험 예 3-5과 비교하여 낮은 스웰링 비율을 갖는 것을 확인할 수 있다. As can be seen in FIG. 38, as the temperature increases, the solid electrolyte according to Experimental Examples 3-1 to 3-5, chitosan of Experimental Example 3-6, bacterial cellulose in which chitosan of Experimental Example 1-5 is omitted, and The swelling ratio of normal bacterial cellulose of Experimental Examples 1-6 was increased. In addition, the bacterial cellulose according to Experimental Example 1-5 of the present application, as well as the general bacterial cellulose of Experimental Example 1-6, and chitosan of Experimental Example 3-6, Experimental Example 3-1, Experimental Example 3-2, Experiment It can be confirmed that the swelling ratio is low compared to Examples 3-4 and Experimental Examples 3-5.

이에 더하여, 실험 예 3-3에 따라서 50wt% 키토산을 갖는 고체 전해질의 스웰링 비율이, 실험 예 3-1, 실험 예 3-2, 실험 예 3-4, 및 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질들은 물론, 본 출원의 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스보다 현저하게 낮은 것을 확인할 수 있다. 결과적으로, 고체 전해질 내에서 키토산의 비율을 30wt% 초과 70wt% 미만으로 제어하는 것이, 스웰링 비율을 감소시키는 효율적인 방법인 것을 확인할 수 있다.In addition, the swelling ratio of the solid electrolyte having 50wt% chitosan according to Experimental Example 3-3, Experimental Example 3-1, Experimental Example 3-2, Experimental Example 3-4, and Experimental Example 3-5. Electrolytes, of course, can be confirmed to be significantly lower than the bacterial cellulose according to Experimental Examples 1-5 of the present application. As a result, it can be confirmed that controlling the proportion of chitosan in the solid electrolyte to be more than 30 wt% and less than 70 wt% is an effective way to reduce the swelling ratio.

도 39는 본 출원의 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질, 실험 예 3-6에 따른 키토산, 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스, 및 실험 예 1-6에 따른 일반 박테리아 셀룰로오스의 온도에 따른 수분 함침율을 측정한 것이다. 39 is a solid electrolyte according to Experimental Example 3-1 to Experimental Example 3-5 of the present application, chitosan according to Experimental Example 3-6, bacterial cellulose according to Experimental Example 1-5, and general according to Experimental Example 1-6 The moisture impregnation rate according to the temperature of bacterial cellulose was measured.

도 39를 참조하면, 상술된 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질, 실험 예 3-6에 따른 키토산, 실험 예 1-5에 따른 박테리아 셀룰로오스, 및 실험 예 1-6에 따른 일반 박테리아 셀룰로오스에 대해서 수분 함침율을 온도에 따라서 측정하였다. Referring to FIG. 39 , the solid electrolyte according to Experimental Example 3-1 to Experimental Example 3-5 described above, chitosan according to Experimental Example 3-6, bacterial cellulose according to Experimental Example 1-5, and Experimental Example 1-6 The moisture impregnation rate was measured according to the temperature for general bacterial cellulose.

도 39에서 알 수 있듯이, 온도가 증가할수록, 실험 예 3-1 내지 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질, 실험 예 3-6의 키토산, 실험 예 1-5의 키토산이 생략된 박테리아 셀룰로오스, 실험 예 1-6의 일반 박테리아 셀룰로오스의 수분 함침율이 증가하였다. As can be seen from FIG. 39, as the temperature increases, the solid electrolyte according to Experimental Examples 3-1 to 3-5, chitosan of Experimental Example 3-6, and bacterial cellulose in which chitosan of Experimental Example 1-5 is omitted, experiment The water impregnation rate of the normal bacterial cellulose of Examples 1-6 was increased.

상온 범위에서, 실험 예 3-3에 따라서 50wt% 키토산을 갖는 고체 전해질의 수분 함침율이, 실험 예 3-1, 실험 예 3-2, 실험 예 3-4, 및 실험 예 3-5에 따른 고체 전해질은 물론, 실험 예 1-5의 키토산이 생략된 박테리아 셀룰로오스, 실험 예 1-6의 일반 박테리아 셀룰로오스, 및 실험 예 3-6의 키토산보다 수분 함침율이 높은 것을 확인할 수 있다. 결과적으로, 고체 전해질 내에서 키토산의 비율을 30wt% 초과 70wt% 미만으로 제어하는 것이, 수분 함침율을 향상시킬 수 있는 효율적인 방법인 것을 확인할 수 있다.In the room temperature range, the moisture impregnation rate of the solid electrolyte having 50wt% chitosan according to Experimental Example 3-3 was, according to Experimental Example 3-1, Experimental Example 3-2, Experimental Example 3-4, and Experimental Example 3-5 As well as the solid electrolyte, it can be seen that the moisture impregnation rate is higher than that of the bacterial cellulose in which the chitosan of Experimental Examples 1-5 is omitted, the general bacterial cellulose of Experimental Examples 1-6, and the chitosan of Experimental Examples 3-6. As a result, it can be confirmed that controlling the proportion of chitosan in the solid electrolyte to be more than 30 wt% and less than 70 wt% is an effective method to improve the moisture impregnation rate.

도 40은 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질의 전압을 측정한 결과를 설명하기 위한 그래프이다. 40 is a graph for explaining a result of measuring the voltage of the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.

도 40을 참조하면, 상술된 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질을 아연 전극 사이에 삽입하고, 5mAcm-2, 10mAcm-2, 및 20mAcm-2의 전류 밀도 조건에서 전압을 측정하고, 동일한 조건에서 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질을 대신 A201 멤브레인을 아연 전극 사이에 삽입하여 전압을 측정하였다. 도 40의 상단의 그래프는 999회 및 1000회 연속된 사이클에서 전압 값을 표시한 것이고, 도 40 하단의 사진은 1000회 이후 아연 전극을 촬영한 SEM 사진이다. Referring to FIG. 40 , the solid electrolyte according to the above-described Experimental Example 1-4 was inserted between the zinc electrodes, and the voltage was measured at current density conditions of 5mAcm -2 , 10mAcm -2 , and 20mAcm -2 , and in the same condition Instead of the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4, an A201 membrane was inserted between the zinc electrodes to measure the voltage. The graph at the top of FIG. 40 shows voltage values at 999 cycles and 1000 cycles of successive cycles, and the picture at the bottom of FIG. 40 is an SEM picture of a zinc electrode after 1000 cycles.

도 40에서 알 수 있듯이, A201 멤브레인을 사용한 경우, 약 23시간 후 동작하지 않았지만, 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질을 사용한 경우, 고 전류 밀도에서 1000회까지 안정적으로 구동하는 것을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 40 , when the A201 membrane was used, it did not operate after about 23 hours, but when the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application was used, it was confirmed that the A201 membrane was stably operated up to 1000 times at a high current density. can

또한, 도 40의 아래의 SEM 사진에서 확인할 수 있듯이, 장시간 고 밀도의 전류가 인가되더라도, 덴드라이트가 생성되지 않고, 안정적으로 구동하는 것을 확인할 수 있다. In addition, as can be seen from the SEM photograph below of FIG. 40 , even when a high-density current is applied for a long time, it can be confirmed that dendrites are not generated and stably driven.

도 41은 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질을 포함하는 금속 공기 전지의 충방전 용량을 설명하기 위한 그래프이다. 41 is a graph for explaining the charge/discharge capacity of a metal-air battery including a solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.

도 41을 참조하면, 상술된 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질, 구리, 인, 및 황의 화합물 구조체 양극, 및 패터닝된 아연 음극을 이용하여 금속 공기 전지를 제조하였다. 동일한 조건에서 양극으로 구리, 인, 및 황의 화합물 구조체를 대신하여, 상용화된 Pt/C 및 RuO2를 이용하여 금속 공기 전지(Pt/C)를 제조하였다.Referring to FIG. 41 , a metal-air battery was manufactured using the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4, a positive electrode having a compound structure of copper, phosphorus, and sulfur, and a patterned zinc negative electrode. Under the same conditions, a metal-air battery (Pt/C) was prepared using commercially available Pt/C and RuO 2 , instead of a compound structure of copper, phosphorus, and sulfur as an anode.

구리, 인, 및 황의 화합물 구조체 양극은, 아래와 같은 방법으로 제조하였다. A positive electrode having a compound structure of copper, phosphorus, and sulfur was prepared by the following method.

ethanol/ethylenediamine의 현탁액 3개를 준비하고, dithiooxamide, tetradecylphosphonic acid/ifosfamide 및 copper chloride를 각각 첨가하고 교반하였다. Three suspensions of ethanol/ethylenediamine were prepared, dithiooxamide, tetradecylphosphonic acid/ifosfamide and copper chloride were added and stirred.

이어서, dithiooxamide 용액 및 tetradecylphosphonic acid/ifosfamide을 copper chloride 용액에 연속적으로 점진적으로 주입하면서 교반하고, ammonium hydroxide를 첨가하면서 2 시간 동안 교반하였다.Then, the dithiooxamide solution and tetradecylphosphonic acid/ifosfamide were continuously and gradually injected into the copper chloride solution while stirring, and the mixture was stirred for 2 hours while adding ammonium hydroxide.

생성된 copper-dithiooxamide-tetradecylphosphonic acid-ifosfamide 검은색 현탁액을 120℃에서 6시간 동안 환류시키고, 원심 분리에 의해 수집하고 탈 이온수 및 에탄올을 이용하여 세척하고 진공에서 건조시켰다. The resulting copper-dithiooxamide-tetradecylphosphonic acid-ifosfamide black suspension was refluxed at 120° C. for 6 hours, collected by centrifugation, washed with deionized water and ethanol, and dried in vacuo.

이 후, 수득된 copper-dithiooxamide-tetradecylphosphonic acid-ifosfamide 전구체 현탁액을 Triton X-165를 갖는 탈 이온수 및 sodium bisulfite와 아이스 배스에서 혼합하였다. 반응 현탁액을 가압 열처리(autoclave)하고 실온으로 냉각시켰다. 수득된 흑색 고체 스펀지를 상청액이 중성 pH가 될 때까지 탈 이온수 및 에탄올로 세척하였다. Then, the obtained copper-dithiooxamide-tetradecylphosphonic acid-ifosfamide precursor suspension was mixed with deionized water with Triton X-165 and sodium bisulfite in an ice bath. The reaction suspension was autoclaved and cooled to room temperature. The obtained black solid sponge was washed with deionized water and ethanol until the supernatant reached neutral pH.

생성된 생성물을 2 시간 동안 -70℃ 환경으로 옮기고, 액체 질소에 침지시키고, 진공 조건에서 동결 건조하여, 구리, 인 및 황의 화합물 구조체 양극 소재를 제조하고, 양극 소재(90wt%), 슈퍼 P 카본(5wt%), 및 PTFE(5wt%)를 0.5wt%의 나피온(Nafion) 용액을 포함하는 N-methyl-pyrrolidone에 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 슬러리를 스테인리스 스틸 메쉬에 코팅하고 용매를 증발시켰다. 이후, 6cm x 1.5cm 크기로 자르고 진공에서 건조하여, 양극을 제조하였다. The resulting product was transferred to a -70°C environment for 2 hours, immersed in liquid nitrogen, and freeze-dried under vacuum conditions to prepare a compound structure positive electrode material of copper, phosphorus and sulfur, positive electrode material (90wt%), super P carbon (5wt%), and PTFE (5wt%) was mixed with N-methyl-pyrrolidone containing 0.5wt% of Nafion solution to prepare a slurry. The slurry was coated on a stainless steel mesh and the solvent was evaporated. Thereafter, it was cut into a size of 6 cm x 1.5 cm and dried in a vacuum to prepare a positive electrode.

도 41에서 알 수 있듯이, 25mAcm-2 및 50mAcm-2 조건에서 우수한 충방전 용량을 갖는 것을 확인할 수 있으며, 상술된 바와 같이 제조된 구리, 인, 및 황의 화합물 구조체를 사용하는 경우, Pt/C 및 RuO2를 사용하는 경우와 비교하여, 현저하게 높은 용량을 갖는 것을 확인할 수 있다. As can be seen in Figure 41, it can be confirmed that it has excellent charge and discharge capacity under the conditions of 25mAcm -2 and 50mAcm -2 , when using the compound structure of copper, phosphorus, and sulfur prepared as described above, Pt / C and Compared with the case of using RuO 2 , it can be confirmed that it has a significantly higher capacity.

도 42는 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질을 포함하는 금속 공기 전지의 충방전 횟수에 따른 전압 값을 측정한 그래프이다. 42 is a graph of measuring voltage values according to the number of times of charging and discharging of a metal-air battery including a solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.

도 42를 참조하면, 도 41을 참조하여 설명된 상술된 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질, 구리, 인, 및 황의 화합물 구조체 양극, 및 패터닝된 아연 음극을 이용한 금속 공기 전지에 대해서 50mAcm-2 조건, 및 25mA-2 조건에서 충방전 횟수에 따른 전압 값을 측정하였다. Referring to FIG. 42 , 50 mAcm -2 for a metal-air battery using a solid electrolyte, a compound structure positive electrode of copper, phosphorus, and sulfur according to Experimental Example 1-4 described above with reference to FIG. 41, and a patterned zinc negative electrode A voltage value according to the number of times of charging and discharging was measured under conditions and 25mA -2 conditions.

도 42에서 알 수 있듯이, 약 600회의 충방전 횟수동안, 안정적으로 구동되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 상술된 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 고체 전해질이, 금속 공기 전지의 고체 전해질로 안정적으로 사용될 수 있음을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 42 , it can be confirmed that the battery is stably driven for about 600 charge/discharge times. That is, it can be confirmed that the solid electrolyte prepared according to the above-described embodiment of the present invention can be stably used as a solid electrolyte of a metal-air battery.

도 43은 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질을 포함하는 금속 공기 전지의 외부 온도 조건에 따른 충방전 특성 변화를 설명하기 위한 그래프이다. 43 is a graph for explaining a change in charge/discharge characteristics according to external temperature conditions of a metal-air battery including a solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.

도 43을 참조하면, 도 41을 참조하여 설명된 상술된 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질(CBCs), 구리, 인, 및 황의 화합물 구조체 양극, 및 패터닝된 아연 음극을 이용한 금속 공기 전지에 대해서 외부 온도를 -20℃에서 80℃까지 변화시키면서 충방전 특성 변화를 측정하였다. 도 43의 (b)는 전류 밀도 25mAcm-2에서 율속 성능을 측정한 것이다. Referring to FIG. 43 , a metal-air battery using solid electrolytes (CBCs), a compound structure positive electrode of copper, phosphorus, and sulfur according to Experimental Example 1-4 described with reference to FIG. 41, and a patterned zinc negative electrode Changes in charge/discharge characteristics were measured while changing the external temperature from -20°C to 80°C. Figure 43 (b) is a measurement of the rate performance at a current density of 25 mAcm -2.

도 43에서 알 수 있듯이, 온도가 증가함에 따라서 전압 값이 증가하며, 낮은 충방전 오버포텐셜을 갖는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질을 포함하는 이차 전지가 고온 및 저온 환경에서 안정적으로 구동될 수 있음을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 43 , it can be seen that the voltage value increases as the temperature increases, and it has a low charge/discharge overpotential. That is, it can be confirmed that the secondary battery including the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application can be stably driven in high temperature and low temperature environments.

도 44는 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질을 포함하는 금속 공기 전지의 저온 및 고온 환경에서 충방전 횟수에 따른 용량 보존 특성을 설명하기 위한 도면이다. 44 is a view for explaining the capacity preservation characteristics according to the number of charge and discharge in a low-temperature and high-temperature environment of the metal-air battery including the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.

도 44를 참조하면, 도 41을 참조하여 설명된 상술된 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질(CBCs), 구리, 인, 및 황의 화합물 구조체 양극, 및 패터닝된 아연 음극을 이용한 금속 공기 전지에 대해서 외부 온도를 -20℃ 및 80℃로 제어하면서 25mAcm-2 조건에서 충방전 사이클을 수행하였다. 도 44에서 검은색은 -20℃에서 충방전 사이클을 수행한 것이고, 도 38에서 빨간색은 80℃에서 충방전 사이클을 수행한 것이다. Referring to FIG. 44 , a metal-air battery using solid electrolytes (CBCs), a compound structure positive electrode of copper, phosphorus, and sulfur according to Experimental Example 1-4 described with reference to FIG. 41, and a patterned zinc negative electrode A charge/discharge cycle was performed under 25mAcm-2 conditions while controlling the external temperature to -20°C and 80°C. In FIG. 44, black indicates that the charge/discharge cycle was performed at -20°C, and in FIG. 38, red indicates that the charge/discharge cycle was performed at 80°C.

도 44에서 알 수 있듯이, 고온 및 저온에서 1,500회의 충방전이 수행된 이후에도 약 94.5%의 높은 리텐션 특성을 유지하며 안정적으로 구동하는 것을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 44 , it can be confirmed that the high retention characteristics of about 94.5% are maintained and the stable operation is performed even after 1,500 charge/discharge cycles at high and low temperatures.

도 45는 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질을 포함하는 금속 공기 전지의 외부 온도에 따른 충방전 특성을 설명하기 위한 그래프들이다. 45 is a graph for explaining the charge/discharge characteristics according to the external temperature of the metal-air battery including the solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.

도 45를 참조하면, 도 41을 참조하여 설명된 상술된 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질(CBCs), 구리, 인, 및 황의 화합물 구조체 양극, 및 패터닝된 아연 음극을 이용한 금속 공기 전지의 외부 온도를 -20℃, 25℃, 및 80℃로 제어하면서, 25mAcm-2 조건에서 충방전 전압을 측정하고, 나이퀴스트 플롯을 도시하였다. Referring to FIG. 45 , the exterior of a metal-air battery using solid electrolytes (CBCs), a compound structure positive electrode of copper, phosphorus, and sulfur according to Experimental Example 1-4 described above with reference to FIG. 41, and a patterned zinc negative electrode While controlling the temperature to -20 °C, 25 °C, and 80 °C, the charge/discharge voltage was measured under 25mAcm-2 conditions, and a Nyquist plot was shown.

도 45에서 알 수 있듯이, 온도가 증가함에 따라 안전하고 낮은 계면 저항을 가지는 표면보호층(SEI)이 형성되어(도 45의 (b)) 방전용량이 1Ah(-20℃)에서 1.24Ah(80℃)까지 증가하며(도 45의 (a)), 저온 환경에서 미세한 특성 저하만 관찰될 뿐, 저온, 상온, 고온에서 모두 1Ah 이상의 높은 방전용량 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.As can be seen from FIG. 45, as the temperature increases, a surface protection layer (SEI) having a safe and low interfacial resistance is formed (FIG. ℃) (Fig. 45 (a)), only a slight deterioration in properties is observed in a low-temperature environment, and it can be confirmed that it has a high discharge capacity characteristic of 1Ah or more at low temperature, room temperature, and high temperature.

도 46은 본 출원의 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질을 포함하는 금속 공기 전지의 외부 온도에 따른 충방전 사이클에 따른 충방전 특성 변화를 설명하기 위한 그래프들이다. 46 is a graph for explaining a change in charge/discharge characteristics according to a charge/discharge cycle according to an external temperature of a metal-air battery including a solid electrolyte according to Experimental Examples 1-4 of the present application.

도 46을 참조하면, 도 41을 참조하여 설명된 상술된 실험 예 1-4에 따른 고체 전해질(CBCs), 구리, 인, 및 황의 화합물 구조체 양극, 및 패터닝된 아연 음극을 이용한 금속 공기 전지의 외부 온도를 -20℃ 및 80℃로 제어하면서 25mAcm-2 조건에서 200시간 동안 1,500회의 충방전을 수행하였다. 도 46의 (a)는 -20℃ 조건에서 충방전을 수행한 결과이고, 도 46의 (b)는 80℃에서 충방전을 수행한 결과이다. Referring to FIG. 46 , the exterior of a metal-air battery using solid electrolytes (CBCs), a compound structure positive electrode of copper, phosphorus, and sulfur according to Experimental Example 1-4 described with reference to FIG. 41, and a patterned zinc negative electrode While controlling the temperature to -20 °C and 80 °C, charging and discharging were performed 1,500 times for 200 hours at 25mAcm -2 condition. Figure 46 (a) is the result of charging and discharging at -20 ℃ condition, Figure 46 (b) is the result of performing charging and discharging at 80 ℃.

도 46에서 알 수 있듯이, -20℃의 저온 환경에서 충방전 특성이 미세하게 저하되지만, 장시간 동안 안정적으로 구동하는 것을 확인할 수 있으며, 80℃의 고온 환경에서도 장시간 동안 안정적으로 구동하는 것을 확인할 수 있다.As can be seen from Figure 46, the charging and discharging characteristics are slightly deteriorated in a low-temperature environment of -20 ℃, but it can be confirmed that it is stably driven for a long time, and it can be confirmed that it is stably driven for a long time even in a high-temperature environment of 80 ℃ .

도 47은 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차의 블록도를 도시한 것이다.47 is a block diagram of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 47을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차(1000)는 모터(1010), 변속기(1020), 액슬(1030), 배터리팩(1040) 및 파워제어부(1050) 및 충전부(1060) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 47 , an electric vehicle 1000 according to an embodiment of the present invention includes a motor 1010 , a transmission 1020 , an axle 1030 , a battery pack 1040 , a power control unit 1050 , and a charging unit 1060 . may include at least one of

상기 모터(1010)는 상기 배터리팩(1040)의 전기 에너지를 운동 에너지로 변환할 수 있다. 상기 모터(1010)는 변환된 운동에너지를 상기 변속기(1020)를 통하여 상기 액슬(1030)에 제공할 수 있다. 상기 모터(1010)는 단일 모터 또는 복수의 모터로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 모터(1010)가 복수의 모터로 이루어지는 경우 상기 모터(1010)는 전륜 액슬에 운동 에너지를 공급하는 전륜 모터와 후륜 액슬에 운동 에너지를 공급하는 후륜 모터를 포함할 수 있다.The motor 1010 may convert electrical energy of the battery pack 1040 into kinetic energy. The motor 1010 may provide the converted kinetic energy to the axle 1030 through the transmission 1020 . The motor 1010 may include a single motor or a plurality of motors. For example, when the motor 1010 includes a plurality of motors, the motor 1010 may include a front wheel motor that supplies kinetic energy to a front axle and a rear wheel motor that supplies kinetic energy to a rear axle.

상기 변속기(1020)는 상기 모터(1010)와 상기 액슬(1030) 사이에 위치하여 상기 모터(1010)로부터의 운동 에너지를 운전자가 원하는 운전 환경에 부합하도록 변속하여 상기 액슬(1030)에 제공할 수 있다.The transmission 1020 may be located between the motor 1010 and the axle 1030, and may provide the axle 1030 by shifting the kinetic energy from the motor 1010 to suit the driving environment desired by the driver. have.

상기 배터리팩(1040)은 상기 충전부(1060)로부터의 전기 에너지를 저장할 수 있고, 저장된 전기 에너지를 상기 모터(1010)에 제공할 수 있다. 상기 배터리팩(1040)은 상기 모터(1010)로 직접 전기 에너지를 공급할 수도 있고, 상기 파워제어부(1050)을 통하여 전기 에너지를 공급할 수 있다. The battery pack 1040 may store electrical energy from the charging unit 1060 , and may provide the stored electrical energy to the motor 1010 . The battery pack 1040 may supply electric energy directly to the motor 1010 , or may supply electric energy through the power control unit 1050 .

이 때 상기 배터리팩(1040)은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 배터리 셀은 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 고체 전해질을 포함하는 금속 공기 이차 전지를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방식의 이차전지를 포함할 수 있다. 한편, 배터리 셀은 개개의 배터리를 말하는 용어일 수 있고, 배터리 팩은 원하는 전압 및/또는 용량을 가지도록 개개의 배터리 셀이 상호 연결된 배터리 셀 집합체를 말할 수 있다.In this case, the battery pack 1040 may include at least one battery cell. In addition, the battery cell may include, but is not limited to, the metal-air secondary battery including the solid electrolyte according to the embodiment of the present invention described above, and may include secondary batteries of various types. Meanwhile, the battery cell may be a term referring to individual batteries, and the battery pack may refer to a battery cell assembly in which individual battery cells are interconnected to have a desired voltage and/or capacity.

상기 파워 제어부(1050)는 상기 배터리 팩(1040)을 제어할 수 있다. 다시 말해, 상기 파워 제어부(1050)는 상기 배터리 팩(1040)으로부터 상기 모터(1010)로의 파워가 요구되는 전압, 전류, 파형 등을 가지도록 제어할 수 있다. 이를 위하여, 상기 파워 제어부(1050)는 패시브 전력소자 및 액티브전력소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The power controller 1050 may control the battery pack 1040 . In other words, the power control unit 1050 may control the power from the battery pack 1040 to the motor 1010 to have a required voltage, current, waveform, and the like. To this end, the power control unit 1050 may include at least one of a passive power device and an active power device.

상기 충전부(1060)는 도 43에 도시된 외부 전력원(1070)으로부터 전력을 제공받아 상기 배터리 팩(1040)에 제공할 수 있다. 상기 충전부(1060)는 충전 상태를 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들어 상기 충전부(1060)는 충전의 on/off 및 충전 속도 등을 제어할 수 있다.The charging unit 1060 may receive power from the external power source 1070 illustrated in FIG. 43 and provide it to the battery pack 1040 . The charging unit 1060 may control the overall charging state. For example, the charging unit 1060 may control charging on/off and charging speed.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although the present invention has been described in detail using preferred embodiments, the scope of the present invention is not limited to specific embodiments and should be construed according to the appended claims. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

100: 고체 전해질
110: 베이스 복합 섬유
110a: 제1 복합 섬유
110b: 제2 복합 섬유
112: 셀룰로오스로
114: 키토산
116: 제1 기능기
200: 음극
300: 양극
100: solid electrolyte
110: base composite fiber
110a: first composite fiber
110b: second composite fiber
112: to cellulose
114: chitosan
116: first functional group
200: cathode
300: positive electrode

Claims (14)

셀룰로오스를 포함하는 멤브레인; 및
상기 멤브레인의 상기 셀룰로오스에 결합되고, 30wt% 초과 70wt% 미만의 키토산을 포함하는 고체 전해질.
a membrane comprising cellulose; and
A solid electrolyte bound to the cellulose of the membrane and comprising greater than 30 wt % and less than 70 wt % chitosan.
제1 항에 있어서,
상기 키토산은 50wt%인 것을 포함하는 고체 전해질.
According to claim 1,
The chitosan is a solid electrolyte comprising 50 wt%.
제1 항에 있어서,
상기 키토산이 50wt%인 경우, XPS 분석 결과 C1s 스펙트럼에서 C-N 결합의 비율이 최대값을 갖는 것을 포함하는 고체 전해질.
According to claim 1,
When the chitosan is 50wt%, the XPS analysis result, the solid electrolyte comprising a ratio of CN bonds in the C1s spectrum has a maximum value.
제1 항에 있어서,
상기 셀룰로오스는 박테리아 셀룰로오스를 포함하는 고체 전해질.
According to claim 1,
The cellulose is a solid electrolyte comprising bacterial cellulose.
제1 항에 있어서,
상기 키토산의 비율에 따라서, 결정성, 이온 전도도 및 스웰링 비율이 제어되는 것을 포함하는 고체 전해질.
According to claim 1,
According to the ratio of the chitosan, crystallinity, ionic conductivity and swelling ratio comprising a controlled solid electrolyte.
제5 항에 있어서,
상기 키토산의 비율이 증가할수록, 결정성이 점차적으로 감소되는 것을 포함하는 고체 전해질.
6. The method of claim 5,
As the proportion of the chitosan increases, the solid electrolyte comprising a gradual decrease in crystallinity.
키토산 유도체를 준비하는 단계;
상기 키토산 유도체로부터, 셀룰로오스에 결합된 키토산이 생성되는 단계; 및
상기 키토산이 결합된 상기 셀룰로오스를 이용하여 고체 전해질을 제조하는 단계를 포함하는 고체 전해질의 제조 방법.
preparing a chitosan derivative;
From the chitosan derivative, generating chitosan bound to cellulose; and
Method for producing a solid electrolyte comprising the step of preparing a solid electrolyte using the cellulose to which the chitosan is bound.
제7 항에 있어서,
상기 키토산 유도체의 비율에 따라서, 결정성, 이온 전도도, 및 스웰링 비율이 제어되는 것을 포함하는 고체 전해질의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
According to the ratio of the chitosan derivative, a method for producing a solid electrolyte comprising controlling crystallinity, ionic conductivity, and swelling ratio.
제7 항에 있어서,
상기 셀룰로오스는 박테리아 셀룰로오스를 포함하는 고체 전해질의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The cellulose is a method for producing a solid electrolyte comprising bacterial cellulose.
제9 항에 있어서,
상기 셀룰로오스에 결합된 상기 키토산이 생성되는 단계는,
상기 키토산 유도체를 갖는 배양 배지를 준비하는 단계; 및
상기 배양 배지 내에 박테리아 균주를 주입하고 배양하는 단계를 포함하는 고체 전해질의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The step of generating the chitosan bound to the cellulose,
preparing a culture medium having the chitosan derivative; and
A method for producing a solid electrolyte comprising the step of injecting and culturing a bacterial strain in the culture medium.
제7 항에 있어서,
산화제를 이용하여 상기 키토산이 결합된 상기 셀룰로오스의 표면을 산화시켜 제1 복합 섬유를 제조하는 단계를 더 포함하는 고체 전해질의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The method of manufacturing a solid electrolyte further comprising the step of preparing a first composite fiber by oxidizing the surface of the cellulose to which the chitosan is bound using an oxidizing agent.
제7 항에 있어서,
상기 키토산이 결합된 상기 셀룰로오스의 표면에 브롬을 결합시키고, 질소를 포함하는 제1 기능기를 브롬과 치환시켜 제2 복합 섬유를 제조하는 단계를 더 포함하는 고체 전해질의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The method of manufacturing a solid electrolyte further comprising: binding bromine to the surface of the cellulose to which the chitosan is bound, and preparing a second composite fiber by substituting a first functional group containing nitrogen with bromine.
제7 항에 있어서,
산화제를 이용하여 상기 키토산이 결합된 상기 셀룰로오스의 표면을 산화시켜 제1 복합 섬유를 제조하는 단계;
상기 키토산이 결합된 상기 셀룰로오스의 표면에 브롬을 결합시키고, 질소를 포함하는 제1 기능기를 브롬과 치환시켜 제2 복합 섬유를 제조하는 단계; 및
상기 제1 복합 섬유 및 상기 제2 복합 섬유를 가교시키는 단계를 더 포함하는 고체 전해질의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
oxidizing the surface of the cellulose to which the chitosan is bound using an oxidizing agent to prepare a first composite fiber;
preparing a second composite fiber by binding bromine to the surface of the cellulose to which the chitosan is bonded, and substituting a first functional group containing nitrogen with bromine; and
The method of manufacturing a solid electrolyte further comprising the step of crosslinking the first composite fiber and the second composite fiber.
키토산 및 상기 키토산과 결합된 박테리아 셀룰로오스를 포함하는 베이스 복합 섬유를 포함하되,
상기 베이스 복합 섬유가 제1 용매 내에 분산된 제1 중간 생성물,
표면이 산화된 상기 베이스 복합 섬유가 제2 용매 내에 분산된 제2 중간 생성물,
표면이 브롬과 결합된 상기 베이스 복합 섬유가 제3 용매 내에 분산된 제3 중간 생성물, 또는
표면이 quaternary N을 갖는 제1 기능기와 결합된 상기 베이스 복합 섬유가 제4 용매 내에 분산된 제4 중간 생성물 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 고체 전해질의 중간 생성물.
Comprising a base composite fiber comprising chitosan and bacterial cellulose combined with the chitosan,
a first intermediate product in which the base composite fibers are dispersed in a first solvent;
A second intermediate product in which the surface of the oxidized base composite fiber is dispersed in a second solvent;
a third intermediate product in which the base composite fiber surface-bonded with bromine is dispersed in a third solvent, or
An intermediate product of a solid electrolyte comprising at least one of a fourth intermediate product in which the base conjugate fiber bonded to a first functional group having a quaternary N on its surface is dispersed in a fourth solvent.
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