극성 분자 첨가제 및 계면 안정화 기반 알칼리 금속 전극 수명 향상 연구

Interface Stabilization for Alkali Metal Electrodes Using Polarizable Molecular Additives

연구 내용

극성·분자 다이폴을 기반으로 전극 표면 평탄화와 SEI(고체전해질계면) 안정화를 유도해 Li 및 Na 금속 배터리의 계면 반응과 결정 성장을 제어하는 연구

알칼리 금속 전극은 충·방전 중 계면 반응으로 인해 dendrite(수지상)와 SEI 불안정이 발생하며 성능과 수명을 제한합니다. 본 연구는 vinylpyrrolidone(VP) 기반 polarizable interface stabilizer와 분자 다이폴 에이전트를 전해질 첨가제로 적용하여, 금속 증착의 성장 방향을 제어하고 표면 재구성을 유도합니다. 이를 통해 내구성 있는 SEI 형성을 강화하고, 계면에서 신선한 금속 표면이 유지되도록 설계합니다. 또한 리튬금속음극에 3차원 다공성 구리 집전체를 적용해 전류 분포와 구조적 안정성을 보완하는 접근도 병행합니다.

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연구 흐름

계면 안정화의 출발점으로 Li-metal에서 분자 다이폴이 안정한 결정면을 따라 표면 재구성과 평탄화를 유도하는 현상을 정리하고, 계면 안정화가 다양한 리튬계 배터리로 확장될 수 있는 근거를 확보했습니다. 이후 VP 기반 첨가제를 도입해 Na 금속 배터리에서 계면 반응을 억제하고, 가로 성장과 SEI 지속성을 강화하여 장시간·고속 동작 성능을 확인했습니다. 최근에는 VP 첨가제의 범용적 기능을 특허로 구체화하고, 계면 안정화 성능을 유지하는 재료·구조 조합을 확장하는 흐름으로 진행하고 있습니다.

활용 가능성

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

Na 금속 배터리의 계면 안정화 전략
Li-metal 증착 평탄화 공정
SEI 내구성 강화 설계
분자 다이폴 기반 전해질 첨가제 스크리닝
고전류 조건 동작용 전극 구조
3차원 다공성 집전체 설계
금속 덴드라이트 억제 평가 지표
전극-전해질 계면 열화 진단
리튬계 차세대 전지 셀 패키징 변수 최적화
전해질 첨가제 조합의 장수명 검증