본 학과 유원철 교수 연구팀(제1저자: 김재성, 공동1저자: 허인철, 김동경)이 수행한 리튬 금속 전지 계면 안정화 연구 성과가 에너지 분야 최상위 국제 학술지 Advanced Energy Materials에 게재되었습니다.

연구팀은 산소 기능기가 도입된 나노다이아몬드와 탄소 복합체를 기반으로, 전기장 구동에 의해 자발적으로 형성되는 이중 인터페이스(bilayer interphase) 구조를 설계하는 데 성공했습니다. 균일하게 혼합된 상태의 다이아몬드와 탄소 입자는 전기장에 의해 전극을 보호해주는 단단한 상부의 다이아몬드층과 균일한 리튬성장과 전기장 형성을 돕는 하부의 탄소 전도층으로 분리됩니다. 해당 구조는 리튬 금속 표면에서 전극 보호층과 이온 전달층이 동시에 형성되도록 유도함으로써, 리튬 이온 플럭스를 균일하게 분산시키고 덴드라이트 성장을 근본적으로 억제하는 메커니즘을 구현합니다.

이 복합 인터페이스는 기존 보호층이 가졌던 이온 전도성과 전기 절연성을 모두 확보하기 어렵다는 문제점을 타파할 뿐만 아니라, 제조에 많은 절차가 필요해 경제성이 떨어지는 기존 이중층 전략과 달리 공정적으로 간단하고 자발적으로 이중층이 형성되기 때문에 실제 공정 적합성이 우수하다는 것이 특징입니다. 이 전략을 적용한 리튬 금속 전지는 수천 시간 이상의 장기 구동에서도 매우 낮은 과전압을 유지했으며, 초고밀도 초고용량의 전지 조건에서도 안정적인 리튬 석출과 박리를 반복적으로 달성했습니다.

본 연구는 기존의 보호막 개념에 한 발짝 나아가 전기장에 의해 능동적으로 형성·유지되는 이중층 계면 설계 전략을 제시했다는 점에서 차별성을 가지며, 차세대 고안정성 리튬 금속 전지 상용화를 앞당길 핵심 원천 기술로 평가받고 있습니다.

논문명: Electric-Field-Driven Bilayer Interphase from Oxygenated Nanodiamond-Carbon Nanoparticles for Dendrite-Free Lithium Metal Batteries
게재지: dvanced Energy Materials (2026년 게재)