생체모방 겔 고분자 전해질(WSGPE): 극한 온도에서도 안전한 차세대 리튬 금속 배터리
기술 배경 소개 및 기존 전해질 기술 최근 몇 년간 리튬 이온 배터리 기술의 빠른 발전은 스마트폰 , 전기차 , 휴대용 전자기기 등 다양한 산업 분야에서 에너지 저장 기술 혁신을 가져왔습니다 . 특히 , 높은 에너지 밀도를 지닌 리튬 금속 배터리 (Li metal battery) 는 차세대 에너지 저장 장치로 주목받고 있습니다 . 이는 리튬 금속의 높은 이론적 용량과 낮은 환원 전위를 통해 기존의 리튬 이온 배터리 대비 훨씬 우수한 에너지 밀도를 제공하기 때문입니다 . 리튬 금속 배터리는 크게 세 가지 전해질 유형을 기반으로 개발되어 왔습니다 . 각각의 전해질은 다양한 응용 환경에서 장단점을 가지고 있습니다 . 액체 전해질 (Liquid Electrolyte) 상용 리튬 이온 배터리에 널리 사용되는 액체 전해질은 일반적으로 높은 이온 전도도와 전극과의 양호한 접촉성 덕분에 배터리 성능 향상에 기여합니다 . 하지만 액체 전해질은 넓은 온도 범위에서 안전성 문제를 야기할 수 있습니다 . 특히 , 온도가 60°C 를 초과하면 액체 전해질의 증발과 함께 내부 압력 증가 및 발화 위험성이 높아져 심각한 안전 사고를 일으킬 가능성이 있습니다 . 또한 저온 환경에서는 전해질의 점도가 높아져 이온 전도도가 급격히 떨어지며 배터리의 효율이 저하되는 문제점이 있습니다 . 고체 고분자 전해질 (Solid Polymer Electrolytes, SPEs) 안전성 문제를 해결하기 위해 고체 고분자 전해질 (SPEs) 이 대안으로 등장했습니다 . SPEs 는 높은 기계적 안정성과 내열성 덕분에 안전성 측면에서는 우수하지만 , 상대적으로 낮은 온도에서 이온 전도도가 급격히 떨어져 상온 이하에서 배터리 성능이 급격히 저하됩니다 . 특히 , 0°C 이하의 저온에서 이온 전도도의 심각한 저하로 인해 상용화에 큰 한계가 존재합니다 . 겔 고분자 전해질 (Gel Polymer Electrolytes, GPEs) 액체 전해질과 고체 고분자 전해질의 장점을 결합한...
