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동국대 손정인 공동연구팀, 차세대 리튬 전지용 양쪽 전극 친화형 야누스 구조 전고체 전해질 개발

등록일 2025.07.29. 조회 362

- ‘야누스 구조’ 폴리머 고체 전해질 개발로 양극·음극 문제점 동시 해결
- 물리·소재·나노 분야 최고 수준의 학술지 「Advanced Functional Materials」 게재

 

동국대 국민대 연구팀

▲ (왼쪽부터) 장여정 박사 (동국대), 홍승현 교수 (국민대), 손정인 교수 (동국대)


동국대학교(총장 윤재웅)는 본교 물리학과 손정인 교수, 국민대 신소재공학과 홍승현 교수로 구성된 공동연구팀이 리튬 이온 전지에서 사용되는 양극과 음극의 필요 메커니즘을 동시에 충족하는 ‘양쪽 전극 친화형 야누스 구조’ 기반 복합 폴리머 고체 전해질을 새로 개발했다고 밝혔다.

 

해당 연구는 한국연구재단 나노 및 소재기술개발사업과 중견연구자사업 지원으로 수행됐으며, <A hierarchically designed janus polymer electrolyte for high-performance lithium-metal batteries>라는 제목으로 물리화학·소재·나노 분야 학술지 「Advanced Functional Materials(IF=19.0, JCR 상위 4.5%)」 2025년 7월호에 게재됐다.

 

연구 개략도

▲ 야누스 구조 기반 복합 폴리머 고체 전해질의 개략도

 

차세대 이차전지의 핵심 요소인 '고체 전해질'은 화재 위험이 있는 액체 전해질의 단점을 보완하며 분리막 기능까지 수행해 주목받고 있다. 하지만 양극과 음극과의 반응 표면에서 각 전극이 요구하는 특성이 달라, 두 전극의 요구 조건을 동시에 만족시키는 ‘양쪽 전극 친화형 고체 전해질’ 기술 개발이 중요한 과제로 남아있었다.

 

연구팀은 양쪽 전극의 문제점을 동시에 해결할 '양쪽 전극 친화형 야누스 구조' 기반 복합 폴리머 고체 전해질 개발에 성공했다. 양극에서는 리튬 이온의 이동을 극대화하고, 음극에서는 배터리 수명을 단축시키는 부반응을 효과적으로 억제하는 ‘두 가지’ 다른 특성을 선택적으로 가지는 전해질을 설계했다. 개발된 고체 전해질은 1,600회 이상 충·방전 후에도 안정적인 성능을 유지했다.

 

손정인 교수는 "양극과 음극은 계면 안정성이나 이온의 이동 특성(수송 동역학) 등 요구 조건이 완전히 다르다"고 설명하며, "이번에 개발한 야누스 구조 복합 고체 전해질은 각 양쪽 전극에 최적화된 기능을 선택적으로 구현해 안정성과 성능을 모두 해결한 것이 핵심"이라고 밝혔다. 이어 "차세대 고체 전지 상용화를 앞당기는 중요한 기여가 될 것"이라고 전했다.

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