건식(dry) 공정으로 처리한 초고두께 음극은 공정 혁신만으로도 에너지 밀도를 향상시킬 수 있으나, 두께가 증가함에 따라 비균일한 첨가제/바인더 분산과 이온 수송 저항 증가라는 핵심 과제에 직면한다. 본 연구에서는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 나노입자가 rGO 표면에 고정(anchored)된 환원 산화 그래핀(reduced graphene oxide, rGO) 기반 나노복합체를 도입하였다. 이러한 PTFE 고정은 그래핀의 재적층(graphene restacking)을 효과적으로 억제하고, PTFE의 in situ 나노섬유화(in situ nanofibrillation)를 통해 용매 없는 제작 공정 동안 전극 전반에 걸쳐 균일한 분산을 가능하게 한다. 이중 기능을 갖는 전도성 및 결합(binding) 소재로서 rGO@PTFE 나노복합체를 사용하여, 고니켈 층상 산화물(high-nickel layered oxide, NCM)을 기반으로 하는 고에너지 음극을 성공적으로 제작하였으며, 각각 면적 용량 15.2 mA h cm −2 및 부피 용량 562.9 mA h cm −3 의 유의미하게 높은 값을 달성하였다. rGO@PTFE의 도입은 전해질 젖음성(wettability)과 흡수성을 향상시켰고, 전자 전도도 또한 향상시켰다. 더 중요하게는, 리튬-이온 전달수(lithium-ion transference number)를 0.73으로 높였으며, 기존의 비교 기준 전극에 비해 전하 전달 저항(charge transfer resistance)을 62% 감소시켰다. 이러한 이점을 바탕으로 rGO@PTFE 기반 두꺼운 음극(G@P_TC)을 리튬 금속 음극과 페어링했을 때, 부피 에너지 밀도 1088 Wh L −1 에 이르는 전례 없는 수준의 리튬 금속 배터리 개발이 가능하였으며, 50사이클 동안 용량 유지율을 약 92%로 유지하였다.

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