동국대 김현석 교수팀, 두께 2.77μm 초박막 무음극 전고체전지 개발…235.13Wh/L 기록

초박막 Sn/C 계면층으로 리튬 석출 균일화 유도
사전 리튬화 전략으로 초기 손실 보완 · 안정성 강화

(왼쪽부터) 김현석 동국대 교수(교신저자), 육종민 KAIST 교수(교신저자), 정지원 건국대 교수 (교신저자), 강준희 부산대 교수 (교신저자)

김현석 동국대 에너지신소재공학과 교수 연구팀이 건국대, KAIST, 부산대와 협력해 초박막 구조임에도 불구하고 높은 에너지밀도와 안정적인 충·방전 특성을 갖춘 무음극 박막 전고체전지 개발에 성공했다. 이 기술은 웨어러블 기기, 사물인터넷 센서, 의료 임플란트 등 소형 전자 시스템에 적용할 수 있는 고성능 전원 솔루션으로 주목받고 있다.

국제학술지 Advanced Energy Materials(Impact Factor 25.5) Vol.16 No.31의 표지 논문으로 선정된 이번 연구는 동국대, 건국대, KAIST, 부산대, 나노종합기술원 등 여러 기관이 함께 참여해 진행됐다. 논문 제목은 「Pushing Energy Density Limits: Anode-Less Solid-State Battery Integrated With Amorphous Lithium Vanadium Oxide Thin-Film Cathode」이다.

Advanced Energy Materials Vol.16 No.31 커버 이미지. 사진=동국대

연구진은 전지의 두께를 2.77μm로 극한까지 얇게 만들었음에도 100회 충·방전 후 235.13 Wh/L의 부피 에너지밀도를 달성했다. 이는 초박막 구조에서 구현된 높은 에너지밀도로, 차세대 마이크로배터리 기술의 가능성을 보여준다. 이러한 성과는 초박막 Sn/C 계면층을 도입해 집전체 표면에서 리튬이 균일하게 석출되도록 유도하고, 충·방전 시 가역성과 순환 안정성을 높인 데서 비롯됐다. 또한 사전 리튬화 전략을 적용해 초기 리튬 손실을 효과적으로 보완, 반복 충·방전 과정에서도 전지 성능이 안정적으로 유지됐다.

김현석 교수는 "이번 연구는 무음극 전고체전지의 계면 안정성과 초기 리튬 손실 문제를 동시에 개선했다는 점에 의미가 있다"며, "제안한 계면 설계와 사전 리튬화 전략은 고에너지밀도와 장기 안정성을 갖춘 초소형 전고체전지 구현에 적용할 수 있다"고 설명했다.

한편, 연구진 사진에는 김현석 동국대 교수, 육종민 KAIST 교수, 정지원 건국대 교수, 강준희 부산대 교수가 포함되어 있으며, Advanced Energy Materials Vol.16 No.31의 커버 이미지도 함께 공개됐다.

출처 : 교수신문(https://www.kyosu.net)