본교 화공생명공학과 류재건, 백서인 교수 공동 연구팀은 POSTECH 박수진 교수 연구팀과 공동연구를 수행하여 리튬 이온 전지를 구성하는 실리콘 음극에 전극-전해질 계면의 형성을 촉진할 수 있는 기능성 바인더 소재를 개발하였다. 

 

 

 

 

 

기존의 실리콘 음극은 전극-전해질 계면의 형성이 불안정하고 계면의 형성에 전해질이 소모되어 전지 수명이 좋지 않다는 문제점이 있었다. 연구팀은 기능성 바인더를 통해 전극-전해질 계면에 기계적 강도가 높은 LiF 성분을 얇고 균일하게 형성시켜 음극의 안정성을 높였다.

 

또한, 백서인 교수 연구팀은 밀도범함수이론을 통해 분자 수준부터 전극-전해질 계면 수준의 분석을 수행해 개발된 바인더의 환원 메커니즘을 분석하였다. 기능성 바인더는 전해질을 구성하는 다른 유기분자보다 LUMO level이 낮으며, 환원 시 전극-전해질 계면에서 LiF 층이 형성된다는 것이 확인되었다. 또한, 실리콘 음극에 LiF 층이 형성될 시, 환원 전위에서 전해질 구성 분자의 분해가 억제되어 전해질 안정성이 증가됨이 규명되었다.

 

연구팀은 개발된 바인더를 활용하여 고에너지 밀도 전지의 수명을 4배 이상 늘려 실리콘 음극의 상용화 가능성을 높이는데 큰 기여를 했다.

 

본 연구 결과는 소재 분야의 국제 학술지인 Energy Storage Materials (Impact factor: 20.4)에 게재되었다.

 

연구실 홈페이지 : https://sites.google.com/view/jryugroup

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논문 링크 : https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103176