재료공학부 선정윤 교수 연구팀(제 1저자: 마상준 석박사통합과정)은 고체 단이온 전도체의 낮은 이온전도도 한계를 극복할 수 있는 새로운 소재 설계 전략을 제시하였다. 고체 단이온 전도체는 액체 누출 없이 하나의 이온만 선택적으로 전달할 수 있어 차세대 소프트 전자소자, 에너지 소자 및 이온트로닉스 소재로 주목받고 있다.
그러나 고체 고분자 네트워크 내에서 이온 해리와 이동이 제한되어 전도도가 낮다는 한계가 있었다. 연구팀은 고유전율과 가소화 효과를 동시에 갖는 고체 첨가제를 도입하여, 해리된 이온 밀도와 이온 이동도를 동시에 향상시키는 전략을 구현하였다.
이를 통해 양이온 고정형 및 음이온 고정형 단이온 전도체에서 각각 0.78 mS cm-1, 1.57 mS cm-1의 높은 이온전도도를 달성하였으며, 이는 기존 소재 대비 각각 318배, 103배 향상된 값이다. 개발된 소재는 높은 전도도와 함께 고체 필름 형태, 탄성, 누출 없는 안정성을 유지하였다. 또한 연구팀은 개발된 고전도성 전도체를 전기이중층 기반 압력 센서에 적용하여 넓은 압력 범위에서 안정적인 신호 검출이 가능함을 보였다.
본 연구는 고성능 고체 단이온 전도체 설계를 위한 일반적인 원리를 제시했다는 점에서 차세대 소프트 이온소자 개발에 기여할 것으로 기대된다.
(Ma et al., Boosting ionic conductivity of single-ion conductive polyelectrolyte elastomers via high-dielectric plasticizers, Nature Materials (2026), DOI: 10.1038/s41563-026-02604-8)
▲ (좌측부터) 서울대학교 선정윤 교수, 마상준 석박사통합과정, 고전도 소재 설계 전략