헤라아레스

헤라아레스

채택률 높음

차세대 전고체 배터리 상용화 과정에서

차세대 전고체 배터리 상용화 과정에서 고체 전해질과 리튬 음극 계면 간의 덴드라이트 형성 및 접촉 저항 문제를 화학공학 및 재료역학 관점에서 극복하기 위한 최신 연구 접근법은 무엇인가요?

2개의 답변이 있어요!

  • 안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

    덴드라이트와 접촉 저항은 같은 뿌리에서 나오는 문제예요. 고체끼리 맞닿은 계면은 아무리 매끈하게 만들어도 점으로만 닿아서, 전류가 그 몇 개 점에 몰려요. 국부 전류밀도가 높아지면 그 자리에 리튬이 바늘처럼 자라 전해질의 기공과 결정 경계를 파고들어요. 세라믹 전해질은 단단한데도 이 균열에 약해서, 결국 음극과 양극이 맞닿는 단락으로 이어져요.

    화학공학 쪽 접근은 계면을 인공적으로 설계하는 방향이에요. 리튬과 친한 얇은 중간층을 넣어 접촉 면적을 넓히고 전류를 고르게 퍼뜨리거나, 리튬과 반응해 안정한 층을 스스로 만드는 조성을 쓰는 거예요. 황화물 전해질에 소량의 첨가제를 넣어 계면 부반응을 억제하는 연구도 활발하고요.

    재료역학 쪽은 힘으로 접촉을 유지하는 방향이에요. 셀에 수 MPa 수준의 압력을 걸어 계면을 밀착시키고, 전해질의 파괴인성을 높이거나 다층 구조로 균열이 진행할 길을 끊어요. 충방전 때 리튬 음극이 부피 변화를 일으키니 그 응력을 흡수하는 완충층 설계도 함께 다뤄져요.

    최근에는 양쪽을 묶어 접근해요. 압력과 온도, 전류밀도의 임계 조건을 실험으로 지도처럼 그려두고 그 안에서 운전하는 방식이에요 :)

    채택 보상으로 348베리 받았어요.

    채택된 답변
  • 안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

    차세대 전고체 배터리의 계면 문제 해결을 위해 화학공학적으로는 리튬 음극 표면에 높은 이온 전도도와 화학적 안정성을 지닌 인공 결정립계 완충층 및 합금계 중간층을 형성하여 국소 전류 집중과 전자 융합 반응을 차단합니다 재료역학 관점에서는 충·방전 중 발생하는 격자 체적 변화에 대응하고자 고체 전해질의 수직 항력 및 압축 응력 필드를 정밀 설계하여 리튬의 크립 현상을 유도하고 공극 형성을 물리적으로 억제합니다 또한 유연성을 갖춘 열가소성 전해질-음극 복합재나 3D 기공 구조체 음극을 도입해 불균일한 응력 집중을 완화하고 미세 접촉 면적을 수 나노미터 수준으로 확대하여 물리적 접촉 저항을 극적으로 낮추고 있습니다 결과적으로 기계적 미세응력 제어 기술과 화학적 이온 전자 전달 제어 코팅을 나노 단위로 결합한 다기능 융합 계면 공정 기술이 상용화의 핵심 접근법으로 제시되고 있습니다