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국립부경대학교(총장 배상훈)는 정성철 교수(물리학과) 연구팀이 전고체전지에 사용되는 아지로다이트(Argyrodite) 구조의 Li6PS5Cl 계열 고체전해질에서 일가음이온과 이가음이온들이 국부적으로 분리되는 현상을 발견했다고 16일 전했다.
정성철 교수와 이세호 박사후연구원(G-램프사업단), 전태곤 박사과정생(물리학과)이 주도한 연구팀은 제일원리계산을 통해 Li6-xPS5-xClBrx 고체전해질에서 발견된 음이온 국부 분리로 인한 음이온 영역에 따른 리튬 이동도의 차이가 Li6PS5Cl 계열 고체전해질의 높은 이온전도도의 원인이라는 사실을 밝혔다.
 아지로다이트 구조를 기반으로 한 고체전해질은 이온전도도가 우수하고, 원재료의 경제성이 좋고 합성이 쉬워 관련 연구들이 활발하게 수행되고 있다.
정 교수팀은 이번 연구에서 리튬이온들이 Cl- 및 Br- 일가음이온 영역보다 S2- 이가음이온 영역에 더 많이 분포해 아지로다이트 구조가 효과적으로 안정화됨을 밝혔다.
또 이가음이온 영역에 분포하는 리튬이온들은 음이온과의 결합이 강해 낮은 이동도를 보이는 반면, 일가음이온 영역에 분포하는 리튬이온들은 음이온과의 결합이 상대적으로 약해서 높은 이동도를 보임을 확인했다.
이를 통해 음이온 영역에 의존하는 리튬의 이동도가 아지로다이트 고체전해질의 리튬확산 메커니즘임을 규명했다.
정성철 교수는“이번 연구를 통해 Li6PS5Cl 계열 아지로다이트 고체전해질에서 잘 알려진 음이온들의 무질서한 배열이 사실은 음이온들의 국부적인 분리 현상과 연관돼 있고, 이는 아지로다이트 고체전해질의 높은 전도도의 원인을 이해하는 새로운 관점을 제공한다”라고 말했다.
 이번 연구는 교육부의 G-LAMP사업의 지원을 통해 진행됐으며, 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발간하는 화학·물리·재료 분야의 저명 국제학술지 (IF=10.8)에 최근 게재됐다.
영남취재본부 김철우 기자 sooro97@asiae.co.kr
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