정성균 교수 공동 연구팀(제1저자: 조효이 박사, 김효준 석박통합과정)은 인(phosphorus)이 도입된 망간계 스피넬 양극의 저전압 사이클 안정성에 대한 구조적 원리를 규명하였다.
망간계 스피넬 양극은 저전압 구간에서 얀-텔러(Jahn–Teller) 왜곡에 따른 입방정(cubic)–정방정(tetragonal) 상전이로 구조적 불일치와 성능 저하가 발생한다. 연구팀은 인 도입 후에도 정방정상과 국소 Jahn–Teller 왜곡은 발생되지만, 왜곡 축의 장거리 정렬과 집단성이 완화되어 두 상 사이의 구조적 불일치와 정방정상의 비가역적 축적이 감소함을 밝혔다. 그 결과 가역적인 저전압 반응과 우수한 사이클 안정성, 감소된 Mn 용출을 확인하였다.
이번 연구를 통해 상전이 자체를 억제하기보다 왜곡의 집단성과 상 진화의 가역성을 제어하는 새로운 전략을 제시하였고, 세계적인 학술지 Energy & Environmental Science에 게재되었다.
▲ (좌측부터) 정성균 교수, 조효이 박사, 김효준 석박통합과정생
▲ 인 도입에 따른 Jahn–Teller 왜곡의 집단성 완화와 가역적 상 진화를 통한 사이클 안정성 향상 결과