정윤석 연구실

본 논문은 차세대 고체 전해질의 개발 방향을 제시하는 로드맵입니다. 고체 전해질은 액체 전해질을 대체하여 안전성과 고전압 양극, 금속 음극 화학을 가능하게 합니다. 황화물, 할로겐화물, 하이드로보레이트, 유리-세라믹 전해질 등 다양한 소재와 고처리량 합성, 머신러닝, 재활용 등 다학제적 혁신을 통해 고체 전지의 실용화를 추진합니다.

본 연구는 할라이드 고체 전해질에 WO₂Cl₂를 이용한 산소 도입 전략을 제시합니다. 다양한 LixMCl₆ (M = Zr, Y, Er, In) 격자에 산소를 선택적으로 도입하여 Li⁺ 전도도를 향상시켰으며, 제1원리 계산 결과 산소가 Li 사이트를 다양화하고 Li-Cl 상호작용을 약화시켜 전도도 증진을 유도함을 확인했습니다. 이 산소-고정 옥시염화물은 공기 안정성 개선과 함께 전기화학 성능 향상을 제공합니다.

황화물 고체 전해질은 높은 이온 전도도와 용매 기반 가공성을 갖춰 전고체 배터리 개발의 최전선에 있습니다. 본 논문은 합성부터 재생까지 전체 생명주기에 걸친 액상 공정을 검토하며, 용매 노출로 인한 유기 잔류물이 계면 화학, 입자 간 접촉, 전자 전도도 및 전기화학 성능을 크게 변화시킨다는 점을 강조합니다. 지속 가능한 전고체 배터리 기술의 확장 가능한 제조를 위해 잔류물을 고려한 공정 전략이 필수적임을 제시합니다.

불소화 할라이드 고체 전해질(FHSE)을 P2형 양극과 결합한 전고체 나트륨이온 전지에서 4.6 V까지 가역적 산소 산화환원을 달성하며 132 mAh g⁻¹의 용량과 장기 사이클 안정성을 제공합니다. FHSE는 액체 전해질과 달리 4.2 V 이상에서 산소 산화환원의 비가역성을 방지하고 P2 구조를 안정화하여 고전압 전고체 나트륨이온 전지의 성능을 향상시킵니다.