나노 Si3N4 첨가제는 전극–전해질 계면의 동시 공학적 설계를 가능하게 한다. 이는 SEI 형성과 Li+ 용매화 과정에 관여함으로써 무기질이 풍부한 이층형 SEI의 형성을 촉진하며, HF를 포획함으로써 균일한 CEI를 형성한다.

) 그리고 낮은 스택 압력(≈20 kPa). 이러한 상승적(synergistic) 접근은 고에너지이면서 수명이 긴 애노드 프리 LMB를 고급 에너지 저장 시스템을 위한 실용적인 경로로 제시한다.

25 °C에서 충전 속도 4C에서 Li 도금이 더 적은 이온들. 본 연구는 용매화 구조와 계면 엔지니어링에 대한 통찰을 제공함으로써, 교통 부문에 맞춤형으로 적용될 수 있도록 LIB의 고속 충전 사이클 안정성을 향상시키는 데 기여한다.

Jinuk Kim 등, Energy Environ. Sci., 2025, 18, 3148–3159, https://doi.org/10.1039/D4EE03862B에 게재된 ‘고율·고전압 리튬 금속 배터리를 위한 nano-Si 3 N 4 첨가를 통한 동시 전극–전해질 계면 공학’에 대한 정정사항.

나노 Si3N4 첨가제는 전극–전해질 계면의 동시 공학적 설계를 가능하게 한다. 이는 SEI 형성과 Li+ 용매화 과정에 관여함으로써 무기질이 풍부한 이층형 SEI의 형성을 촉진하며, HF를 포획함으로써 균일한 CEI를 형성한다.

) 그리고 낮은 스택 압력(≈20 kPa). 이러한 상승적(synergistic) 접근은 고에너지이면서 수명이 긴 애노드 프리 LMB를 고급 에너지 저장 시스템을 위한 실용적인 경로로 제시한다.

25 °C에서 충전 속도 4C에서 Li 도금이 더 적은 이온들. 본 연구는 용매화 구조와 계면 엔지니어링에 대한 통찰을 제공함으로써, 교통 부문에 맞춤형으로 적용될 수 있도록 LIB의 고속 충전 사이클 안정성을 향상시키는 데 기여한다.

Jinuk Kim 등, Energy Environ. Sci., 2025, 18, 3148–3159, https://doi.org/10.1039/D4EE03862B에 게재된 ‘고율·고전압 리튬 금속 배터리를 위한 nano-Si 3 N 4 첨가를 통한 동시 전극–전해질 계면 공학’에 대한 정정사항.

전해질 첨가제를 사용함으로써, 전해질의 국소 환경을 제어하여 얻은 부분적이고 약한 용매화 전해질은 넓은 온도 범위에서 고전압 조건에서 LMB의 안정적인 반복 사이클링을 가능하게 한다.

연구논문(doi: 10.1002/adma.202515906)에서 Soojin Park, Nam-Soon Choi, Tae Kyung Lee 및 공동연구자들은 가역적 호스트와 탄산염이 풍부한 설계 전해질 간의 상승적 결합을 보고한다. 이 접근은 두 전극 모두를 동시에 안정화하여 수지상(dendrite) 없는 Li 석출을 가능하게 하며, 무(無)양극(anode-free) 파우치형 리튬 금속 배터리에서 전례 없는 1270 Wh L−1의 에너지 밀도를 달성하였다.

고체 전해질 계면(solid electrolyte interphase, SEI)은 리튬 금속 배터리(LMB)의 핵심 특성으로, 쿨롱 효율, 출력(레이트) 성능 및 사이클 수명에 영향을 미친다. 그러나 기존의 SEI는 주로 리튬염 및 플루오르화 첨가제의 분해로 형성되어 무기물-지배형 계면을 만든다는 점에서, 불균일한 Li 석출과 낮은 이온 전도도를 겪는다. 이러한 본질적 한계는 전해질과의 심각한 부반응을 촉진하여 급격한 용량 저하와 사(死)리튬(dea d Li)의 축적을 유발하고, 특히 전류 밀도가 높은 조건에서 안전성 우려를 야기한다. 본 연구에서는 공액(conjugation) 매개 및 극성 전환이 가능한 계면 아키텍처를 구축함으로써, LMB에서 리튬-금속 음극에 대한 SEI의 필수적 역할을 규명하였다. 티오펜이 포함된 고분자-유사 SEI는 티오펜의 in situ 전기화학적 올리고머화(oligomerization)를 통해 형성되며, sp2 궤도에서 비공유 전자쌍(lone electron pairs)과 배위하여 Li+ 이온 전도도를 향상시킨다. 동시에 sp2 혼성화 CC 결합과 S 원자를 포함하는 공액 π 시스템은 pz 궤도의 스위치 가능한 극성을 가능하게 하여, Li 도금과 박리(스트리핑) 동안 동적인 전자 구름 재분배를 촉진한다. 이러한 궤도 수준의 적응성은 Li+ 이동을 가속하고 덴드라이트(dendritic) 성장을 억제하며, 고전류 운전 조건에서도 리튬 금속 표면을 안정화한다. 본 연구는 LMB에서 궤도-공학(orbital-engineered) 계면 설계에 대한 새로운 패러다임을 정립함으로써, 분자 규모의 전자 편극과 거시적 고속 충전 안정성을 연결한다. 또한 본 연구는 SEI와 양극(카소드) 전해질 계면의 특성을 정밀 조정하는 것이, 실제 응용을 위한 LMB의 변혁적 잠재력을 여는 핵심임을 강조한다. image

기사 번호 2401957에서 Kim, Lee, Choi 및 동료 연구진은 리튬-금속 배터리를 위한 숙시노니트릴(SN)이 풍부한 전해질을 제시하며, −10°C에서 45°C에 이르는 넓은 온도 범위에서 안정적인 작동을 입증한다. SN이 풍부한 전해질은 LiF가 풍부한 고체-전해질 계면(solid-electrolyte interphase)과 N이 풍부한 양극–전해질 계면을 형성하는 데 기여한다. 또한 독특한 SN 기반 용매화 구조는 전해질의 어는점을 낮추고 점도를 감소시켜, 벌크(bulk) 물성 및 전반적인 전기화학적 성능을 향상시킨다.

(NCM811) 캐소드. 용매화력이 낮은 TTE는 전해질의 용융점에 대한 깊은 강하와 저점도의 Li-ion 채널을 포함하여, 바람직한 리튬이온 전도 경로의 형성을 가능하게 했으며, 이는 저온 작동을 위한 것이다. 계면 엔지니어링과 전해질 화학의 통합은 다양한 온도 조건에서 안정적으로 작동을 보이는 Li|NCM811 전지를 제조하기 위한 효율적인 전략을 제공한다.