동국대학교는 본교 물리학과 손정인 교수와 국민대학교 신소재공학과 홍승현 교수로 구성된 공동연구팀이 양극과 음극의 특성을 동시에 만족시키는 ‘양쪽 전극 친화형 야누스 구조’ 기반 복합 폴리머 고체 전해질을 개발했다고 밝혔다.
이번 연구는 한국연구재단의 나노 및 소재기술개발사업과 중견연구자사업의 지원을 받아 수행됐으며, 「Advanced Functional Materials(IF=19.0)」 2025년 7월호에 <A hierarchically designed janus polymer electrolyte for high-performance lithium-metal batteries>라는 제목으로 게재됐다. 해당 학술지는 물리화학·소재·나노 분야에서 세계 최고 수준의 저널 중 하나로 평가된다.
차세대 이차전지 분야에서 주목받는 고체 전해질은 화재 위험이 있는 액체 전해질을 대체할 수 있을 뿐 아니라, 분리막 역할까지 수행하는 핵심 요소다. 그러나 양극과 음극의 계면에서 요구되는 전해질 특성이 상반되어, 두 전극을 모두 만족시키는 기술 슬롯 무료체험이 난제로 남아 있었다.
공동연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 ‘야누스 구조’를 기반으로 하는 복합 폴리머 고체 전해질을 개발했다. 이 전해질은 양극 쪽에서는 리튬 이온의 이동을 극대화하고, 음극 쪽에서는 부반응을 억제해 배터리 수명 저하를 방지한다. 실제 실험 결과, 1,600회 이상의 충·방전 사이클에서도 안정적인 성능을 유지하는 것으로 나타났다.
손정인 교수는 “양극과 음극은 계면 안정성이나 이온 수송 특성 등 요구 조건이 완전히 다르다”며, “이번에 개발한 야누스 구조 복합 고체 전해질은 각 전극에 최적화된 기능을 선택적으로 구현해 안정성과 성능을 모두 해결한 것이 핵심”이라고 설명했다. 이어 “이번 연구는 차세대 고체 전지의 상용화를 앞당기는 데 크게 기여할 것”이라고 덧붙였다.