탄소 기반 리튬 호스트 및 결함·표면 개질을 통한 덴드라이트 억제·Li-S 대응

Carbon-based lithium host functionalization for dendrite suppression and Li-S cathode support

연구 내용

탄소 호스트(그래파이트·그래핀)의 표면 불소화와 탄화물 매개 결함 성장으로 리튬 도금·박리 거동을 안정화하고, Li-S 전지의 리독스 매개체 전략을 통해 전고체 성능을 지원하는 연구

리튬 금속 전지에서 덴드라이트 성장은 표면 반응성과 전류 분포에 의해 좌우됩니다. 본 연구는 탄소 호스트의 표면을 불소화하여 리튬 침투와 반응 경로를 조절하고 빠른 충전에서도 증착 안정성을 확보합니다. 또한 탄화물 매개 촉매 수소화 분해로 결함을 가진 그래핀 쉘을 형성해 나노 채널과 결함 구조를 통해 리튬 핵생성과 가역적 도금·박리를 유도하는 접근을 수행합니다. 더불어 Li-S 전지에서는 고체계 환경에서 활용 가능한 리독스 매개체 전략을 정리해 전극 반응 성능을 뒷받침합니다. 탄소 기반 에너지 저장 소자에 대해서는 인공신경망을 이용해 비실험 변수로부터 비정전용량을 예측하는 데이터 기반 연구도 병행합니다.

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연구 흐름

초기에는 그래핀/탄소 호스트의 결함 구조가 리튬 도금-박리 가역성에 미치는 영향을 중심으로, 촉매-탄화물 경로로 형성되는 결함 그래핀 쉘의 역할을 규명했습니다. 이후에는 탄소 호스트의 표면 기능을 불소화로 확장하여 덴드라이트 억제와 고속 충전 조건에서의 안정성을 검증했습니다. 병행하여 Li-S 전지에서는 고체계에서 반응 지연을 완화하기 위한 리독스 매개체의 장단점을 정리하고, 성능 향상 방향을 도출했습니다. 최근에는 탄소 전극의 물성-성능 관계를 ANN 기반으로 학습해 실험 의존도를 낮추는 예측 프레임워크를 구축했습니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

그래파이트 표면 개질 덴드라이트 억제
결함 그래핀 쉘 기반 리튬 도금 안정화
나노채널 기반 리튬 핵생성 제어
Li-S 전지 리독스 매개체 설계
전고체 Li-S 전극 반응 지원
탄소 전극 물성-성능 예측 모델
ANN 기반 실험 설계 보조
고속 충전용 음극 계면 전략
탄소 호스트 제조 공정 변수 최적화
탄소 기반 에너지 저장 소자 데이터셋 구축