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중국과학기술대학교 연구팀은 공동 연구를 통해 방전 용량 비(rate capability)가 전통적인 슬러리 코팅 양극과 비교할 수 있는 복합 양극을 제조하는데 성공하였으며, 고체 상태 전지 중의 전극-전해질 접촉 전위차 보틀넥을 해결하기 위해 새로운 아이디어를 제공함.

연구팀은 전자 현미경을 사용하여 페로브스카이트(perovskite) 구조의 고체 상태 전해질을 연구할 때 고성능 전극재료인 과 리튬(Li-rich) 층상(層狀) 산화물은 페로브스카이트 구조 사이에 에피택셜 성장(epitaxial growth)의 인터페이스를 형성시켰으며, 이런 형성을 통해 원자 사이즈에서 긴밀하고 충분한 고체-고체 접촉을 형성한다는 점을 발견하였음. 이 고체와 고체 간의 에피택셜 인터페이스에 대한 심층적인 분석을 통해 인터페이스의 매 15개 원자 평면에 하나의 불일치전위(misfit dislocation)가 형성되어 누적된 응력을 방출한다는 점을 발견하였으며, 해당 메커니즘은 에피택셜 인터페이스의 형성은 전극과 전해질이 근접한 결정입계 사이즈가 필요하지 않고, 폭 넓게 여러 가지 층상 구조의 재료와 페로브스카이트 구조의 시스템 사이에서 형성될 수 있는 것으로 나타났음. 연구팀은 관련 연구개발 성과를 실제 재료 제조에 응용하여 원자 레벨 인터페이스 결합의 전극-전해질 복합 양극 재료를 제조하였으며 관련 성능 및 특징을 확인하였음. 또한, 고체-고체 복합 전극 중 활성 물질과 전해질 간 결합의 충분한 정도는 고체-액체 접촉과 접근하며, 방전 용량 비(rate capability)가 전통적인 슬러리 코팅 기술로 제조한 고체-액체 복합물 전극보다 못지않다는 점을 입증하였음.

이번 연구를 바탕으로 고체 상태 전지 중 전극-전해질 접촉 전위차의 보틀넥 문제 해결을 위한 새로운 아이디어를 제공될 것으로 여겨짐.

본 성과는 ‘Matter’ 지에 게재됨