[비욘드포스트 이봉진 기자] 동국대학교(총장 윤재웅)는 물리학과 손정인 교수와 국민대 신소재공학과 홍승현 교수 공동연구팀이 차세대 무음극-전고체 배터리의 핵심 난제인 리튬 불균일 증착 및 수지상 성장 문제를 해결할 수 있는 열역학적으로 안정한 금-플루오린(Au-F) 계면층 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

해당 연구는 <Thermodynamically-Favorable Tailored Au–F Interface for Uniform Lithium Deposition in Anode-Free Solid-State Batteries>라는 제목으로 물리화학·소재·나노 분야 국제 저명 학술지 「Advanced Energy Materials (IF=26.0, JCR 상위 3.5%)」 2025년 9월에 게재됐으며, 연구 결과의 중요성을 인정받아 표지논문으로 선정됐다.

무음극 전고체 리튬 금속 배터리는 전통적인 음극 소재를 제거하고 구리 집전체만을 사용하며, 차세대 고에너지 밀도 배터리로 주목받고 있다. 그러나 구리와 리튬 간의 격자 불일치로 인해 초기 리튬 증착이 불균일하게 일어나며, 이는 수지상 성장을 유발해 리튬 손실과 효율 저하를 초래한다.

균일한 리튬 증착을 유도하는 '계면 제어 기술'이 문제 극복을 위한 핵심 과제로 부상하고 있는 상황에서, 공동연구팀은 금-플루오린 계면층을 활용해 이를 해결한 것이다.

동국대 손정인 교수는 "무음극-전고체 배터리에서 리튬의 균일한 증착이 배터리 성능과 계면 안정성에 결정적 역할을 한다"고 설명하며, "이번에 개발한 금-플루오린 계면층은 리튬 증착 에너지 장벽을 효과적으로 낮추고 이온 확산을 정밀하게 제어 할 수 있어 수지상 성장을 근본적으로 억제할 수 있다"고 밝혔다.

이어 "특히 리튬이 층상 구조로 균일하게 증착되도록 유도하여, 높은 용량 유지율과 우수한 쿨롱 효율을 달성했다“며 "이를 적용한 배터리는 차세대 고성능 무음극-전고체 배터리 상용화를 앞당기는 데 크게 기여할 것"이라고 강조했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 나노 및 소재기술개발사업과 중견연구자사업 지원을 받아 수행됐다.

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