이중금속 UTSA-16(CoZn)을 활용한 고성능 전고체 리튬 배터리 연구 = Bimetallic UTSA-16(CoZn) as a Filler for High-Performance Solid-State Lithium Batteries

국문 초록 (Abstract)

리튬 이온 배터리에서 고체 전해질의 성능은 고에너지 밀도와 장기 안정성 확보를 위한 핵심 요소이다. 본 연구에서는 금속-유기 골격체(MOF)인 UTSA-16(CoZn)을 도입하여 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 기반 고체 전해질의 전기화학적 특성을 향상시키고자 하였다. BET 분석을 통해 Co와 Zn의 비율 최적화를 수행한 결과, UTSA-16(CoZn_0.5)를 합성하였으며, 이를 1 wt% 함량으로 포함한 고체 전해질(PLS1CZ)을 제작하였다. 전기화학적 분석 결과, PLS1CZ는 가장 높은 이온 전달 수(Transference number)를 나타냈으며, 특히 고온 환경에서 우수한 이온 전도도와 구조적 안정성을 유지하였다. 이러한 성능 향상은 UTSA-16(CoZn_0.5)가 리튬 이온 이동 경로를 확장하고 전해질-전극 계면 안정성을 개선한 결과로 해석된다. 본 연구는 UTSA-16(CoZn_0.5) 기반 PEO 고체 전해질이 차세대 리튬 이온 배터리의 고성능화에 기여할 수 있음을 입증하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The performance of solid electrolytes in lithium-ion batteries is a critical factor for achieving high energy density and long-term stability. In this study, we aimed to enhance the electrochemical properties of polyethylene oxide (PEO)-based solid electrolytes by incorporating the metal-organic framework (MOF) UTSA-16(CoZn). Through Brunauer-Emmett-Teller (BET) analysis, the optimal ratio of Co to Zn was determined, leading to the synthesis of UTSA-16(CoZn_0.5). A solid electrolyte containing 1 wt% UTSA-16(CoZn_0.5) (PLS1CZ) was subsequently fabricated. Electrochemical measurements revealed that PLS1CZ exhibited the highest lithium-ion transference number, along with superior ionic conductivity and structural stability under elevated temperatures. These enhancements are attributed to the ability of UTSA16(CoZn_0.5) to expand lithium-ion transport pathways and improve electrolyte-electrode interfacial stability. This work demonstrates the potential of UTSA-16(CoZn_0.5)-based PEO solid electrolytes to significantly advance the performance of next-generation lithium-ion batteries.