박철민 교수 연구팀은 최근 차세대 배터리로 주목받는 전고체전지의 상용화를 위한 핵심 기술 개발에 성공했습니다. 이 연구는 리튬 수지상 형성 및 계면 불안정성 문제를 동시에 해결하는 고성능 리튬 화합물 음극소재 개발에 중점을 두었으며, 에너지 분야 최고 학술지에 표지 논문으로 선정되며 학문적 우수성을 인정받았습니다. 특히, 기존 전고체전지의 난제였던 고압 구동 조건 없이도 안정적인 성능을 구현하는 데 기여했습니다.
박철민 교수 연구팀은 전고체전지용 리튬-실리콘(Li-Si) 화합물 음극 소재 개발에서도 세계 최고 수준의 성과를 달성했습니다. 기존 실리콘 음극의 치명적인 부피 팽창과 낮은 전도도 문제를 해결하기 위해 새로운 Li-Si 화합물 기반 음극 구조를 설계했으며, 특히 Li7Si3 상이 높은 이온·전자 전도도와 안정적인 반응 메커니즘을 가짐을 규명했습니다. 이는 기존 실리콘 음극에 필요한 구동 압력의 약 1/5 수준에서도 안정적인 전극 성능을 구현하여 제조 공정 비용 절감에도 기여할 것으로 기대됩니다.
이러한 연구 성과는 리튬이온전지와 전고체전지에 모두 적용 가능한 고성능 실리콘 음극 소재 개발로 이어졌습니다. 연구팀은 실리콘을 둘러싸는 매트릭스 구조에 주목하여 니켈(Ni), 아연(Zn), 실리콘(Si)으로 구성된 삼원계 실리콘 화합물을 비정질화하고 흑연을 추가한 이중 매트릭스 구조를 구현했습니다. 이 기술은 충·방전 과정에서 전극 두께 변화와 균열 발생을 크게 줄여 배터리 수명을 향상시키고, 고에너지밀도 배터리 상용화에 중요한 발판을 마련했습니다.
