일가 금속(리튬, 나트륨, 칼륨) 및 다가 금속(마그네슘, 칼슘, 알루미늄) 금속 음극은 리튬이온전지의 성능 한계를 극복하기 위한 흑연 음극의 유망한 대안이다. 본 총설에서는 무수 전해질에서 이들의 전기화학적 거동을 비교·대조하며, 불규칙한 금속 석출과 불안정한 고체전해질중간상(SEI)의 공통된 문제점뿐 아니라, 서로 다른 표면 에너지와 양이온 전하 밀도에 기인하는 차이점을 논의한다. 또한 전극, 전해질 및 계면에 대한 일반적인 설계 전략을 제안하여, 바람직한 결정학적 배향을 갖는 수평 석출 금속과, 서로 다른 화학 조성을 지니되 구조적 균일성은 유사한 안정한 SEI를 가능하게 하고자 한다. 마지막으로 각 시스템의 구체적 장점과 여전히 해결되지 않은 과제를 평가하고, 차세대 에너지 저장을 위한 고에너지·저비용 금속 음극 배터리를 발전시키기 위해 학제 간 통찰을 제공한다.

[여기서 금속(M)은 Y 또는 Er이다]는 면내 리튬(percolation) 경로와 적층 간 층간거리(stack interlayer distance)에 의해 좌우된다. 이 두 요인은 M의 부분 점유에 의해 서로 역상관 관계를 가지는데, M은 확산 억제제이면서 동시에 층간거리를 유지하기 위한 기둥 역할을 한다. 이러한 결과는 삼방정(trigonal) 할라이드에서 M의 임계 범위 또는 배열(ordering)이 존재함을 시사하며, 우리는 단순한 M의 비(Cl 또는 Li에 대한 값)를 조절함으로써 높은 이온 전도성을 달성한 성과를 제시한다. 우리는 초이온(superionic) 삼방정 할라이드 전해질을 위한 일반적인 설계 기준을 제공한다.