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물질·재료연구기구(NIMS)가 리튬공기전지의 충전전압이, 방전 시에 생성되는 리튬과산화물(Li2O2)의‘결정성’에 강하게 의존하며, 리튬과산화물의 결정성이 높을수록 충전전압이 높아지는 것을 최초로 규명함. 연구진은 방전 생성물인 리튬과산화물(Li2O2)의 결정성에 주목, 결정 구조의 혼란이 큰(결정성이 낮은) 편이 보다 낮은 전압으로 충전(분해) 할 수 있다는 사실을 최초로 밝혀냄. 기존 리튬과산화물의 생성(방전 반응)에는 ① 탄소전극에서의 반응과 ② 전해액을 매개로 한 반응(불균등화 반응)의 2가지 경로가 있는 것으로 알려짐. 본 연구를 통해, ①에 의한 Li2O2는 3.5V 이하로 충전(분해) 할 수 있는 반면, ②의 경우는 4V 이상이 필요하며, 게다가 ①에서 생성된 Li2O2가 결정성이 낮은 것을 발견함. 이 결과는 충전 전압의 상승이 반응경로 ②에 의한 높은 결정성의 Li2O2에서 유래하며, 그 생성을 억제함으로써 충전전압을 낮출 수 있다는 것을 시사함. 충전전압의 상승은 리튬공기전지의 실용화를 저해하고 있던 해결해야 할 과제로, 본 성과는 충전전압을 억제하기 위한 중요한 지침이 될 것으로 기대됨. 향후 이 성과를 바탕으로, 저결정성 리튬과산화물(Li2O2)을 우선적으로 생성하는 방법을 확립함으로써, 리튬공기전지의 사이클수명 증가 및 리튬공기전지의 실용화연구 가속화(NIMS-SoftBank 첨단 기술 개발 센터) 등으로 이어질 것으로 기대됨.

본 연구성과는 ‘Advanced Science’ (“Quantitative Delineation of the Low Energy Decomposition Pathway for Lithium Peroxide in Lithium-Oxygen Battery”) 지에 온라인 게재됨.