대규모 전력망 에너지 저장은 현대 전력 시스템에서 핵심적인 구성요소로 부상하였으며, 이에 따라 배터리는 이러한 기술 혁명의 최전선에 있다. 본 경향은 장시간 지속 가능하면서 더 높은 에너지 및 더 안전한 에너지 저장 시스템에 대한 탐구를 다룬다. 전고체 리튬이온 배터리 시스템은 이러한 도전에 대응하기 위한 유망한 후보 중 하나이며, Ni-리치 소재는 높은 중량/부피 에너지 밀도 때문에 특히 주목받는 양극 소재로서 이미 다양한 응용 분야에 널리 적용되고 있다. 그러나 이들 소재의 성능은 전고체 전해질 시스템에서 아직 액체 전해질 시스템에서 달성되는 성능 수준에 이르지 못하고 있다. 따라서 전고체 리튬이온 배터리에서 Ni-리치 양극 소재를 효과적으로 활용하고 수명을 장기간 연장하기 위해서는 나노 스케일과 마이크로 스케일 모두에서 입자에 대한 세심한 설계가 필요하다. 본 연구에서는 나노구조 및 미세구조를 조절하여 3종의 서로 다른 LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 (다결정, 단결정, 쌍정 경계를 포함한 클러스터)를 설계하고, 이들 입자가 전고체 리튬이온 배터리 시스템에서 어떻게 활용되는지를 규명하였다. 입자 표면에 의도적으로 합성된 결함은 Li-이온 확산도를 향상시킬 수 있었으며, 미세 기공(micro-pore) 설계를 포함한 클러스터는 반응 균일성을 크게 개선함을 확인하였다. 또한 액체 및 전고체 전해질 시스템에서 Ni-리치 입자들에 대한 비교 연구를 수행하였다. 이러한 결과는 향후 전고체 리튬이온 배터리 시스템을 위한 Ni-리치 입자 설계에 대한 통찰을 얻을 수 있는 기회를 제공할 것이다.

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