듀얼 이온 배터리는 양이온과 음이온을 모두 에너지 저장 매개체로 사용하여 고속 충/방전과 높은 에너지 밀도를 구현하여 차세대 배터리 중 하나로 각광받고 있다. 본 연구진은 금속-유기 구조체의 기공 내에 양쪽성 이온을 가지는 고분자를 중합하여, 듀얼 이온 배터리의 새로운 준고체 전해질을 제시하였다. 기공 내에 도입된 양쪽성 이온 고분자는 리튬 염과의 전기적 상호 작용을 통해 이온의 전도를 돕고, 리튬 염과 용매 사이의 상호작용은 약화시켜, 이를 통해 높은 이온 전도도와 넓은 전기화학적 안정성 전위창을 구현하였다. 개발된 금속-유기 구조체 기반의 준고체 전해질은 듀얼 이온 배터리 시스템에 적용하였을 때 10 C의 고속 충/방전 속도에서 4,000 사이클 이후에도 93.3% 용량을 유지하며 기존 배터리 시스템을 능가하는 안정적인 성능을 보였다. 본 연구 결과는 2025년 2월 7일 Cell Press에서 발행하는 CHEM 저널에 개제되었다.

 We propose the first metal-organic framework (MOF)-based quasi-solid-state electrolyte (QSSE) for dual ion batteries (DIBs) synthesized by in situ polymerization of zwitterionic polymers within the MOF pores. These polymers enhance ion transport by serving as active sites for anion and cation movement while regulating solvation structures. The MOF-based QSSE exhibits improved ionic conductivity and high electrochemical stability up to 5.1 V vs. Li/Li⁺. DIBs with this electrolyte show high-rate capabilities and long cycle life, retaining 93.3% capacity after 4,000 cycles at 10 C, surpassing conventional battery systems.

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.102402