나노기술 및 정책 정보

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● 일본 도쿄대학교, 물질·재료연구기구(NIMS), 국제나노아키텍토닉스연구거점(MANA) 공동 연구진이 전계 효과 트랜지스터의 구조를 응용하여 기존에는 불가능했던 고체 전해질에서의 전기 이중층 효과를 정량적으로 평가에 성공

● 연구진은 화학적으로 불활성인 다이아몬드를 이용한 전계 효과 트랜지스터를 이용하는 새로운 방법을 개발하고 다른 원소를 함유하는 2종류의 리튬 고체 전해질의 계면을 조사

● 리튬 고체 전해질 A(Li-Si-Zr-O)에서 전기 이중층 효과에 의한 다이아몬드 표면의 양공(positive hole) 밀도의 변화가 현저한 것에 비해 리튬 고체 전해질 B(Li-La-Ti-O)에서는 변화가 전혀 관찰되지 않은 상황 

● 고체 전해질 A의 계면에서는 전기 이중층 효과가 발생하여 다이아몬드 측에 양공이 주입된 것과 대조적으로 고체 전해질 B는 내부에서는 전하 보상이 일어나고 있음을 시사

● 계면 부근에 나노 박막을 삽입한 결과 전기 이중층의 거동이 계면에서 5nm 이내의 매우 얇은 영역의 전해질 조성에 지배되는 것으로 확인 

● 본 연구를 통해 고체 전해질의 전기 이중층 효과를 검출·평가가 가능하며 같은 리튬 고체 전해질도 종류에 따라 전기 이중층의 거동이 전혀 다르다는 것을 확인

● 연구진은 계면에 매우 가까운 곳의 전해질 조성을 제어함으로써 전기 이중층 효과를 크게 제어 할 수 있다는 것을 확인

● 본 연구 성과는 향후 다양한 원소를 포함하는 전해질 재료의 전기 이중층의 조사 및 배터리의 계면 저항과의 비교를 통해 고출력 차세대 전지 개발에 활용될 것으로 기대 

※ Communications Chemistry 게재(2021.08.06.), “The Electric Double Layer Effect and its Strong Suppression at Li+ Solid Electrolyte/Hydrogenated Diamond Interfaces”