높은 면적당 용량(고‐areal‐capacity)을 갖는 리튬 금속 음극(LMA)을 개발하여, 비상(非常)적인 가역성, 신속한 전하 전달 동역학, 그리고 장기 사이클 안정성을 확보하는 일은 차세대 고에너지 밀도 리튬 배터리를 구현하기 위한 핵심 과제로 남아 있다. 2차원 전극은 속도 성능이 좋지 않고 전극–전해질 계면에서 초기 리튬 소모가 빠르게 진행되는 문제를 보이는 반면, 3차원 아키텍처는 낮은 쿨롬 효율(CE)과 과도한 전해질 소모로 인해 장기 안정성이 저해된다. 본 연구에서는 산소 기능화된 단일벽 탄소나노튜브(Ox‐SWCNTs)로 구성된 나노구조화 종이 전극(NPE)에 분자 수준의 이중 이온 친화성(chitosan) 코팅(C‐NPE)을 도입하여 LMA 성능을 향상시키고자 하였다. 키토산 층은 1) 초기 전해질 분해를 1/25로 감소시키고, 2) 초박형의 무기물‐풍부 고체‐전해질 계면층을 촉진하며, 3) 활성 표면적과 전해질 흡착을 증가시킨다. 4.0 mA h cm⁻2의 높은 면적당 용량 테스트에서 CE가 >99.0%로 달성되었고, 과전압은 절반으로 감소하여 350회 이상 안정적인 사이클링을 유지하였다. 이는 NPE에서 관찰된 35회에서의 조기 실패 대비 10배 증가한 수준이다. 또한 Li–S 배터리에 통합하였을 때, C‐NPE 기반 LMA는 다황화물 셔틀링을 현저히 억제하여 용량 저하 및 과전압 유발 전압 강하를 완화한다. 그 결과 2385 Wh kg⁻1의 높은 에너지 밀도와 3475 W kg⁻1의 출력 밀도를 구현하였으며, 150회 동안 안정적으로 구동되었다.

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