전남대 고분자공학과 장민철 교수 연구팀,
재료과학 분야 세계적 권위지 ‘Advanced Materials’ 게재
전남대학교 일반대학원 고분자공학과 장민철 교수 연구팀의 박사과정생 Fazal Ur Rehman이 융합 재료과학 분야 세계 최고 권위의 국제학술지인 ‘Advanced Materials’(Wiley, Impact Factor 29.1, JCR 상위 1.8%)에 제1저자로 연구논문을 게재하는 쾌거를 이루었다.
이번 연구 성과는 2026년 6월 25일 자 온라인판에 게재되었으며, 논문 제목은“Surface-Functionalized LLZO-Incorporated Multix-x-layer Composite Solid Electrolytes for Dendrite Suppression and Efficient Ionic Conduction in Lithium–Metal Batteries”이다. 본 연구에는 전남대학교 고분자공학과 장민철 교수가 교신저자로 참여하여 연구를 총괄 주도했다.
연구팀은 차세대 고에너지밀도 전지로 주목받고 있으나 안전성 확보가 시급한 ‘리튬금속전지(Lithium-Metal Batteries)’의 고질적인 문제를 해결하기 위해, 표면기능화 LLZO(리튬 란타늄 지르코네이트, Li₇La₃Zr₂O₁₂)가 도입된 다층 복합 고체전해질을 개발했다. 이번 연구의 핵심은 부드러운 고분자 전해질층과 기계적으로 강화된 세라믹 복합층을 결합한 ‘soft–hard tri-x-x-layer’ 구조를 고안한 점이다. 이를 통해 기존 고체전해질의 취약점이었던 전극과의 계면 접촉성, 리튬 이온 전달 경로 최적화, 기계적 안정성을 동시에 확보하는데 성공했다.
특히, 연구팀은 폴리도파민(polydopamine)으로 표면 개질된 LLZO 필러를 활용하여 고분자 매트릭스 내부에서의 분산성과 계면 친화성을 극대화했다. 이에 더해 유연한PPP(poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol))고분자기반의 설계는 리튬 덴드라이트 성장 및 침투로 인해 발생하는 내부 응력과 균열 전파를 효과적으로 완화하는 완충 역활을 수행했다. 이를 통해 연구팀은 고체전해질의 이온전도도, 계면 안정성, 기계적 안정성을 함께 향상시키는 구조 설계 전략을 제시했다.
그 결과 최적화된 CSE-30 고체전해질은 60 °C에서 5.60 × 10⁻³S cm⁻¹, 25 °C에서 8.04 × 10⁻⁵S cm⁻¹의 이온전도도를 나타냈으며, 리튬이온 전달수 0.81과 5.6 V 수준의 산화 안정성을 보였다. 또한 Li/LFP 전지에서 1000회 충·방전 후에도 80%의 용량을 유지했으며, Li/Li 대칭전지에서는1000시간 이상 안정적으로 구동됐다.
Fazal Ur Rehman 박사과정생은 “이번 연구는 고체전해질의 고질적인 문제였던 이온전도도와 계면 및 기계적 안정성을 구조적·화학적 설계를 통해 동시에 향상시킬 수 있는 새로운 패러다임을 제시했다는 점에서 학술적 가치가 큽니다”라고 말했다.
장민철 교수는 “이번 성과는 기존 고분자 기반 고체전해질이 가진 내구성의 한계를 독창적인 다층 구조 설계로 극복한 사례입니다. 향후 화재 위험이 없는 고안전성·고에너지밀도 차세대 배터리 개발 및 상용화를 앞당기는 데 크게 기여할 것으로 기대됩니다”라고 밝혔다.
이번 연구는 교육부가 지원하는 한국연구재단 지역대학우수과학자지원사업(RS-2023-00240277)과 교육부 재원으로 한국기초과학지원연구원 기초과학연구역량강화사업(RS-2025-02413029)의 지원을 받아 수행됐다.
