박막 전해질(lean electrolytes)을 사용하여 리튬–황(Li–S) 배터리를 구축하는 것은 오늘날의 리튬이온(Li-ion) 배터리보다 에너지 밀도를 크게 초과하기 위해 필수적이다. 그러나 이전의 전해질 고갈이 리튬 금속 음극(Li-metal anodes, LMAs)으로 인해 조기에 발생하면, Li–S 레독스 반응 속도가 느려지고 황(S) 활용도가 낮아져 짧은 사이클 수명을 초래한다. 전해질 손실을 효과적으로 지연시키기 위해서는, LMA와 보호층(Protective Layers, PLs) 간의 동적인 계면 진화에 대해 LMAs를 지속적으로 보호하는 것이 필요하다. 본 연구는 국소 리튬 피팅(local Li pitting) 시 PL의 계면 적응성을 확보하는 데 있어 두 가지 핵심 파라미터, 즉 표면자유에너지(Surface Free Energy, SFE)와 영률(Young's modulus)을 고상(고체) 기계 시뮬레이션 및 서로 다른 3가지 PL 모델을 활용한 실험을 통해 규명한다. PL의 박리(delamination)를 초기 단계에서 완화하기 위해, 리튬 피팅 유도 구조 진화를 PL|LMA 계면에서 적응적으로 수용할 수 있는 이중층 구조의 적응형 보호층(Adaptive Protective Layer, APL)을 도입한다. APL은 내층으로서 높은 SFE를 갖는 폴리머를 포함하여 LMA 표면과의 접촉 계면 에너지를 감소시키고, 외측에서는 고연신성 폴리머를 사용해 전해질과 리튬 폴리설파이드(Li polysulfides)에 대한 물리적 차단막 역할을 수행한다. APL을 코팅한 LMA는 안정적인 Li–S 셀 사이클링을 보여주었으며, 보호되지 않은 LMA에 비해 사이클 수명이 2배 연장되었고, 다른 단일층 PL보다도 우수하였다.

*본 초록은 AI를 통해 원문을 번역한 내용입니다. 정확한 내용은 하기 원문에서 확인해주세요.