우리는 교류 전기영동 증착(AC-EPD)을 통해 제작된 초박막 티탄산바륨(바륨 티타네이트, BaTiO3; BTO) 애노드를 개발하였으며, 이는 리튬이온전지(LIBs)를 위한 계면 감수성 플랫폼을 가능하게 한다. 도전성 첨가제나 바인더를 전혀 사용하지 않은 무첨가 설계는 BTO의 고유한 전기화학적 거동을 직접적으로 탐침할 수 있게 한다. 높은 유전율로 인해 BTO는 전극–전해질 계면에서 균일한 내부 전기장을 형성하여 국소적인 전기장 요동을 효과적으로 억제하고, 부반응을 유발하는 기생 반응을 최소화한다. 이러한 계면 안정화 효과는 장기 성능을 위해 계면 반응성을 제어하는 것이 특히 중요한 리튬 금속 시스템에서 더욱 유리하다. BTO는 안정적인 계면층으로서의 역할을 넘어, b 값이 0.83인 상당한 의사축전(pseudocapacitive) 형태의 전하 저장과 높은 리튬 이온 확산성(1.3 × 10–8 cm2 s–1)을 보이며, 이는 BTO가 리튬 이온 저장 매체이자 리튬 이온이 투과 가능한 패시베이션 층으로서 이중 기능을 수행함을 시사한다. 초박막 BTO 애노드는 전류 밀도 1 A g–1에서 우수한 고율 성능을 나타낸다. 이러한 결과는 BTO가 차세대 LIBs에서 에너지 저장과 계면 안정성 향상을 모두 가능하게 하는 다기능성 소재임을 확립한다.

본 연구에서는 리튬이온 배터리의 사이클링 동안 합금화/탈합금화 반응을 수반하는 전환 반응이 뒤따르는 고체-전해질 계면(solid-electrolyte interphase, SEI) 형성에 대한 전하 운반체 고갈의 영향을 조사하였다. 본 연구에서는 아노드로 Zn1–xMgxO 나노결정 고체용액을 사용하였으며, x가 0.05에서 0.15 범위에서 변화하는 구간에 초점을 맞추었다. 그 결과 x = 0.15에서 전기 전도도의 유의한 감소가 관찰되었고, 이는 전계효과 트랜지스터(field-effect transistor, FET) 이동도 및 전하 운반체 농도의 뚜렷한 감소와 함께 나타났다. 이에 따라 초기 방전 과정에서 SEI 형성과 전환 반응 모두가 억제되었으며, 그 결과 ZnO(x = 0)보다 현저히 낮은 비정전용량이 나타났다. 본 연구의 결과는 Zn0.85Mg0.15O 시료가 ZnO 및 Zn0.95Mg0.05O에 비해 포획(trapping)에 의해 표면 전하 운반체가 강하게 고갈됨을 보여주었다. 이는 자외선(UV) 유도(FET) 및 광발광(photoluminescence, PL) 측정으로 입증하였다. 리튬이온 합금화, ZnO 환원 및 SEI 형성 과정은 함정(trap) 유도 표면 전하 고갈의 영향을 받기 때문에, 이러한 함정을 제어하면 리튬이온 배터리의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. 이러한 발전은 전기자동차 및 그리드 저장 시스템과 같은 고수요 응용 분야에서 특히 중요하다.

SBLC(S-benzyl-l-cysteine, SBLC)를 MAPbI3 페로브스카이트 필름 형성 동안 첨가하여 2D/3D 페로브스카이트 필름을 제조하고, 필드 효과 트랜지스터를 통해 전자 전도에 대한 SBLC의 영향을 조사하였다. SBLC를 첨가한 경우 상부 표면에서 더 큰 결정립 크기가 관찰되었으며, 게이트 전기장에 의해 조절되는 전자 전도가 활성화되었다. 이러한 필드 효과 조절은 SBLC 분자 스페이서가 3D MAPbI3 페로브스카이트 벌크에 유도하는 2D 페로브스카이트 표면층의 존재에 기인하며, 이는 계면에서 국소화된 상태의 패시베이션과 MAPbI3 페로브스카이트 필름 내 이온 이동의 억제를 통해 이루어진다. 녹색광을 조사하면 정공 수송이 활성화되어, SBLC 유도 MAPbI3 2D/3D 필름에서 양방성(ambipolar) 수송이 나타났고, 이는 SBLC 처리로 인해 정공 트랩의 상태 밀도가 감소하였음을 설명한다. 녹색광 조사는 2D/3D MAPbI3 페로브스카이트 필름의 표면 2D 층이 필드 효과 유도 전하 수송에 미치는 영향을 최대화하여, 표면에서의 이온성 거동이 억제됨으로써 2D/3D 구성에서 양방성 전자 수송이 가능해졌다. 본 연구는 유기 분자 스페이서가 3D 벌크 층의 전기적 특성에 미치는 전자적 및 구조적 영향을 부각하며, 2D/3D 페로브스카이트 계면 형성을 통해 3D 벌크 표면을 패시베이션함으로써 3D 벌크에서의 결함 유래 전자적·구조적 불안정성을 극복할 수 있음을 시사한다.

우리는 교류 전기영동 증착(AC-EPD)을 통해 제작된 초박막 티탄산바륨(바륨 티타네이트, BaTiO3; BTO) 애노드를 개발하였으며, 이는 리튬이온전지(LIBs)를 위한 계면 감수성 플랫폼을 가능하게 한다. 도전성 첨가제나 바인더를 전혀 사용하지 않은 무첨가 설계는 BTO의 고유한 전기화학적 거동을 직접적으로 탐침할 수 있게 한다. 높은 유전율로 인해 BTO는 전극–전해질 계면에서 균일한 내부 전기장을 형성하여 국소적인 전기장 요동을 효과적으로 억제하고, 부반응을 유발하는 기생 반응을 최소화한다. 이러한 계면 안정화 효과는 장기 성능을 위해 계면 반응성을 제어하는 것이 특히 중요한 리튬 금속 시스템에서 더욱 유리하다. BTO는 안정적인 계면층으로서의 역할을 넘어, b 값이 0.83인 상당한 의사축전(pseudocapacitive) 형태의 전하 저장과 높은 리튬 이온 확산성(1.3 × 10–8 cm2 s–1)을 보이며, 이는 BTO가 리튬 이온 저장 매체이자 리튬 이온이 투과 가능한 패시베이션 층으로서 이중 기능을 수행함을 시사한다. 초박막 BTO 애노드는 전류 밀도 1 A g–1에서 우수한 고율 성능을 나타낸다. 이러한 결과는 BTO가 차세대 LIBs에서 에너지 저장과 계면 안정성 향상을 모두 가능하게 하는 다기능성 소재임을 확립한다.

본 연구에서는 리튬이온 배터리의 사이클링 동안 합금화/탈합금화 반응을 수반하는 전환 반응이 뒤따르는 고체-전해질 계면(solid-electrolyte interphase, SEI) 형성에 대한 전하 운반체 고갈의 영향을 조사하였다. 본 연구에서는 아노드로 Zn1–xMgxO 나노결정 고체용액을 사용하였으며, x가 0.05에서 0.15 범위에서 변화하는 구간에 초점을 맞추었다. 그 결과 x = 0.15에서 전기 전도도의 유의한 감소가 관찰되었고, 이는 전계효과 트랜지스터(field-effect transistor, FET) 이동도 및 전하 운반체 농도의 뚜렷한 감소와 함께 나타났다. 이에 따라 초기 방전 과정에서 SEI 형성과 전환 반응 모두가 억제되었으며, 그 결과 ZnO(x = 0)보다 현저히 낮은 비정전용량이 나타났다. 본 연구의 결과는 Zn0.85Mg0.15O 시료가 ZnO 및 Zn0.95Mg0.05O에 비해 포획(trapping)에 의해 표면 전하 운반체가 강하게 고갈됨을 보여주었다. 이는 자외선(UV) 유도(FET) 및 광발광(photoluminescence, PL) 측정으로 입증하였다. 리튬이온 합금화, ZnO 환원 및 SEI 형성 과정은 함정(trap) 유도 표면 전하 고갈의 영향을 받기 때문에, 이러한 함정을 제어하면 리튬이온 배터리의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. 이러한 발전은 전기자동차 및 그리드 저장 시스템과 같은 고수요 응용 분야에서 특히 중요하다.

SBLC(S-benzyl-l-cysteine, SBLC)를 MAPbI3 페로브스카이트 필름 형성 동안 첨가하여 2D/3D 페로브스카이트 필름을 제조하고, 필드 효과 트랜지스터를 통해 전자 전도에 대한 SBLC의 영향을 조사하였다. SBLC를 첨가한 경우 상부 표면에서 더 큰 결정립 크기가 관찰되었으며, 게이트 전기장에 의해 조절되는 전자 전도가 활성화되었다. 이러한 필드 효과 조절은 SBLC 분자 스페이서가 3D MAPbI3 페로브스카이트 벌크에 유도하는 2D 페로브스카이트 표면층의 존재에 기인하며, 이는 계면에서 국소화된 상태의 패시베이션과 MAPbI3 페로브스카이트 필름 내 이온 이동의 억제를 통해 이루어진다. 녹색광을 조사하면 정공 수송이 활성화되어, SBLC 유도 MAPbI3 2D/3D 필름에서 양방성(ambipolar) 수송이 나타났고, 이는 SBLC 처리로 인해 정공 트랩의 상태 밀도가 감소하였음을 설명한다. 녹색광 조사는 2D/3D MAPbI3 페로브스카이트 필름의 표면 2D 층이 필드 효과 유도 전하 수송에 미치는 영향을 최대화하여, 표면에서의 이온성 거동이 억제됨으로써 2D/3D 구성에서 양방성 전자 수송이 가능해졌다. 본 연구는 유기 분자 스페이서가 3D 벌크 층의 전기적 특성에 미치는 전자적 및 구조적 영향을 부각하며, 2D/3D 페로브스카이트 계면 형성을 통해 3D 벌크 표면을 패시베이션함으로써 3D 벌크에서의 결함 유래 전자적·구조적 불안정성을 극복할 수 있음을 시사한다.

우리는 높은 on/off 전류비 10^5를 가지며, 데이터 저장을 위해 전기장 유도 전하 이동을 활용하는 비휘발성 펜타센/C60 자가조립단분자막(SAM) 유기 전계효과 트랜지스터(OFET) 메모리 소자를 개발하였다. 또한 펜타센과 C60 자가조립단분자막(SAM)을 이용한 새로운 비휘발성 OFET 포토메모리를 성공적으로 시연하였으며, 초기에는 10^7에 도달한 뒤 안정화되면서 10^3에서 유지되었다. 이는 광 노출에 따라 달라지며, 효과적인 전하 유지와 발광 특성을 보여 주어, 서로 다른 조명 조건에서 소자 성능을 조절하는 데 있어 C60 SAM의 핵심적 역할을 강조한다. 이러한 높은 비율은 전기장 유도 전하 이동 메커니즘을 통해 달성되는데, 게이트 전압을 인가하면 전자가 펜타센에서 C60 SAM으로 이동하여 소자의 전도 상태를 실질적으로 변화시킨다. 아울러 소자는 독특한 광반응 거동을 보이며, 조명은 전하 이동을 증대시키는 동시에 전자와 정공의 낮은 재결합 속도로 인해 오프 전류가 증가하는 등의 복잡한 현상도 함께 유발한다. 그럼에도 불구하고 전기적 및 광학적 수단 모두를 통해 메모리 상태를 제어할 수 있다는 점은 다기능적이고 에너지 효율적인 메모리 소자를 위한 중요한 진전을 의미한다.