서울대학교 정성균 교수와 KAIST 서동화 교수 공동 연구팀이 철 플루오라이드 기반 전환 양극의 전압 히스테리시스를 줄이는 유도 상전이(guided phase transition) 전략을 제시하였다.
연구팀은 LiF-FeF2 나노복합체로부터 유도된 사방정계 FeF3(T-FeF3) 구조를 설계하여, 충·방전 과정에서 격자 구조를 유지하며 가역적인 상전이가 일어나는 새로운 반응 경로를 확보하였다. 이 유도 상전이 전략을 통해 전압 히스테리시스를 크게 완화하고, 초기 효율·에너지 효율 및 사이클 수명을 동시에 향상시켰다. 또한 상전이 경로를 정밀 제어하여 과전위를 저감하는 설계 원리를 정립하고, 비가역 반응 경로를 회피하며 격자 변화 최소화를 유도하는 반응 지침을 확립함으로써, 높은 구조적 가역성을 갖는 전환 양극 설계의 핵심 기준을 제시하였다.
본 연구 결과는 차세대 고에너지 리튬이온전지 개발의 새로운 방향을 제시한 것으로 평가되며, 국제학술지 Nature Communications에 게재되었다.
▲ Rhombohedral 불화철(R-FeF3)과 tetragonal 불화철(T-FeF3)의 반응 메커니즘 비교.