리튬 금속 배터리(LMB)에서 전해질(electrolytes)은 주로 에터(ether) 또는 카보네이트(carbonate) 기반으로 사용되며, 각각은 독특한 계면 특성을 제공하지만 중요한 상용성(compatibility) 문제에 직면해 있다. 에터 기반 전해질은 리튬 금속에 대해 높은 환원 안정성을 보이지만 고전압 양극(high-voltage cathodes)에서 산화 분해가 발생한다. 반면 카보네이트 기반 전해질은 양극에서의 안정성을 유지하는 대신, 불균일한 SEI 형성과 수지상(dendritic) 리튬 성장에 기여한다. 여기서는 전해질 기능을 공간적으로 분리하는 계면 특이적 전해질 설계인 ‘국소화된 전해질 영역(RLE, regionally localized electrolyte)’ 개념을 도입한다. 에터가 풍부한 전해질 층은 UV로 경화 가능한 트리메틸올프로판 에톡실레이트 트리아크릴레이트(trimethylolpropane ethoxylate triacrylate, ETPTA) 폴리머 매트릭스를 통해 리튬 표면에 국소적으로 고정화하는 한편, 벌크 전해질은 카보네이트 기반으로 유지되어 각 전해질이 해당 계면에서 최적으로 기능하도록 한다. ETPTA 함량을 조절함으로써 기계적 견고성과 이온 이동성 사이의 균형을 달성하였다. 실험 및 이론 분석 모두, 최적화된 RLE 음극(anode)이 Li + -선택적 수송을 촉진하고 부반응(parasitic side reactions)을 효과적으로 억제하며 계면 과전압(interfacial overpotential)을 낮춘다는 것을 확인하였다. 그 결과 더 균일한 리튬 석출이 가능해졌고, 사이클링 성능이 현저하게 향상되었다. 또한 RLE는 이온 전달의 지속적인 안정성을 돕고, 균질한 LiF-풍부 SEI층 형성을 촉진한다. 종합하면, RLE 접근법은 고에너지 LMB의 전극 계면을 조화시키고 계면 안정성을 향상시키기 위한 실용적인 전해질 설계 프레임워크를 제공한다.

할로아세트아마이드 첨가제는 핵생성을 조절하고 아연 수산화황산염(hydroxy sulfate) 형성을 억제함으로써 아연( Zn ) 음극을 안정화한다. 수산화이온 포집(hydroxide scavenging)과 할라이드 보조 재구성은 치밀하고 가역적인 아연 석출을 가능하게 하며, 이로써 사이클링 안정성이 향상된다.

동시에 열적 및 기계적 안정성을 향상시키면서 플럭스(flux) 및 수지상(dendrite) 형성을 억제한다. 양극(cathode) 면을 향하는 층은 폴도파민(polydopamine)으로 코팅된 보에마이트(boehmite) 이온 포획 무기 입자(PDA@BM)로 구성되며, 선택적 장벽 역할을 하여 TM 이온의 이동을 96% 이상 완화한다. 이러한 이중 기능은 계면 안정성과 장기 사이클링 성능을 우수하게 향상시킨다. Janus 분리막 설계 및 제작 전략은 조성이 서로 다른, 방향성을 갖는 표적 층들을 가능하게 하여, 양극-및 음극(cathode/ anode) 구동 비대칭적 실패 메커니즘에 대한 시너지 조절을 제공함으로써 고성능 LMB의 실용적 구현을 가능하게 한다.

리튬 금속 배터리(LMB)에서 전해질(electrolytes)은 주로 에터(ether) 또는 카보네이트(carbonate) 기반으로 사용되며, 각각은 독특한 계면 특성을 제공하지만 중요한 상용성(compatibility) 문제에 직면해 있다. 에터 기반 전해질은 리튬 금속에 대해 높은 환원 안정성을 보이지만 고전압 양극(high-voltage cathodes)에서 산화 분해가 발생한다. 반면 카보네이트 기반 전해질은 양극에서의 안정성을 유지하는 대신, 불균일한 SEI 형성과 수지상(dendritic) 리튬 성장에 기여한다. 여기서는 전해질 기능을 공간적으로 분리하는 계면 특이적 전해질 설계인 ‘국소화된 전해질 영역(RLE, regionally localized electrolyte)’ 개념을 도입한다. 에터가 풍부한 전해질 층은 UV로 경화 가능한 트리메틸올프로판 에톡실레이트 트리아크릴레이트(trimethylolpropane ethoxylate triacrylate, ETPTA) 폴리머 매트릭스를 통해 리튬 표면에 국소적으로 고정화하는 한편, 벌크 전해질은 카보네이트 기반으로 유지되어 각 전해질이 해당 계면에서 최적으로 기능하도록 한다. ETPTA 함량을 조절함으로써 기계적 견고성과 이온 이동성 사이의 균형을 달성하였다. 실험 및 이론 분석 모두, 최적화된 RLE 음극(anode)이 Li + -선택적 수송을 촉진하고 부반응(parasitic side reactions)을 효과적으로 억제하며 계면 과전압(interfacial overpotential)을 낮춘다는 것을 확인하였다. 그 결과 더 균일한 리튬 석출이 가능해졌고, 사이클링 성능이 현저하게 향상되었다. 또한 RLE는 이온 전달의 지속적인 안정성을 돕고, 균질한 LiF-풍부 SEI층 형성을 촉진한다. 종합하면, RLE 접근법은 고에너지 LMB의 전극 계면을 조화시키고 계면 안정성을 향상시키기 위한 실용적인 전해질 설계 프레임워크를 제공한다.