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중국과학원 다롄(大連) 화학물리 연구소 연구팀이 3차원의 높은 전기 전도, 친 리튬특성(Lithiophilic)을 보유한 MXene/그래핀 다공성 에어로겔(aerogel) 신 재료를 개발하였으며, 해당 재료를 이용해 높은 리튬 적재량, 높은 용량, 무(無) 덴드라이트 결정(dendritic crystal) 금속 리튬 음극에 응용하여 높은 비교 에너지, 긴 수명의 리튬 금속 전지를 제조하는데 성공함.

금속 리튬은 제어가 불가능한 리튬 덴드라이트 결정(dendritic crystal), Dead lithium 및 충전 방전 과정에서 리튬금속 체적이 팽창하는 등 문제가 존재하여 리튬 금속의 순환 성능을 떨어뜨리고 안전성능을 떨어져 음극으로서의 활용이 어려웠음. 연구팀이 관련 연구를 통해 개발한 3차원 MXene/그래핀 다공성 에어로겔(aerogel) 재료를 리튬 금속의 캐리어로 사용하면 플렉시블하고 높은 리튬 적재량(3560mA·h/g)을 보유할 수 있도록 하고, 높은 비표면적(259m²/g)을 보유할 수 있도록 하는 동시에 양호한 친 리튬 특성(Lithiophilic)을 보유할 수 있도록 하여 높은 쿨롱효율(coulombic efficiency)(99%)을 실현할 수 있기 때문에 금속 리튬 음극의 순환 안정성(2700시간)을 대폭 향상시킬 수 있는 것으로 나타났음.

연구팀이 제시한 3차원 고 전기전도 친 리튬 특성(Lithiophilic)의 네트워크 구조 디자인 전략은 높은 에너지 밀도, 긴 순환 수명의 리튬 금속 전지를 개발하는데 필요한 혁신적 아이디어를 제공해줄 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 'ACS Nano'에 게재됨.