전기화의 지속적인 확대는 이 전환에 필수적인 에너지 저장 시스템인 고성능 리튬이온전지(LIBs)에 대한 관심을 점점 더 증대시키고 있다. 그러나 기존의 흑연 기반 LIB는 차세대 응용에 요구되는 엄격한 조건을 충족할 수 없으므로, 고도화된 대안이 필요하다. 본 연구에서는 새로운 고체–기체–고체 합성 방법을 통해 불소(Fluorine)가 도입된 실리콘(FIS) 나노구조의 설계를 보고한다. 이 방법은 금속열환원 반응을 탑다운 및 바텀업 공정을 결합하여 통합한다. 핵심적으로, 불소(F) 원자는 실리콘(Si) 격자의 간극(interstitial) 자리에 위치함과 동시에 입자 표면에도 고유하게 위치한다. 간극 F는 Si의 직접 천이 허용 밴드 구조를 변화시키고 리튬 침투 경로를 확장하여, 전자 전도도와 이온 이동성의 향상을 통해 전하 수송을 크게 개선한다. 한편, 표면에 결합된 F는 초소수성을 유도하여 합성과 전극 제조 과정 모두에서 불화수소산(hydrofluoric acid) 무첨가 처리를 가능하게 한다. 종합적으로, FIS에서 규명된 이러한 특징들은 비용 효율적인 제조, 향상된 구조적 및 전기화학적 안정성, 그리고 우수한 성능을 제공하며, 그 결과 차세대 LIB를 위한 사이클 안정성과 빠른 충전을 동시에 갖춘 Si 양극을 구현한다.

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