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| 英 왕립화학회지에 연구성과 게재(Research Findings Published in the Royal Society of Chemistry Journal) | |||
| 작성자 | 대외홍보센터 | 작성일 | 2025-11-13 |
| 조회수 | 349 | ||
| 英 왕립화학회지에 연구성과 게재(Research Findings Published in the Royal Society of Chemistry Journal) | |||||
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대외홍보센터 |  |
2025-11-13 |  |
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국립부경대 연구팀, 고체전해질 이온전도도 향상 메커니즘 규명
- 정성철 교수팀 연구 결과 … 英 왕립화학회 국제학술지 실려
- 양이온 치환 이용한 전하조절로 이온전도도 향상 전략 제시
△ 정성철 교수(왼쪽)와 전태곤 연구원.
국립부경대학교(총장 배상훈)는 정성철 교수(물리학과) 연구팀의 고체전해질 이온전도도 향상 메커니즘 규명 연구가 영국 왕립화학회 국제학술지에 실렸다고 13일 밝혔다.
국립부경대 정성철 교수와 전태곤 박사후연구원(램프사업단)이 주도한 연구팀은 전고체전지용 아지로다이트(argyrodite) 고체전해질 Li6SbS5I의 이온전도도가 양이온 치환을 통해 크게 향상되는 현상의 메커니즘을 규명했다. 이번 결과는 화재 위험성이 높은 액체전해질을 대체할 고체전해질 연구가 활발해지는 가운데 나온 의미 있는 성과다.
연구팀은 제일원리계산을 통해 고체전해질 Li6SbS5I의 SbS4 사면체에서 양이온 Sb를 Si로 치환하면 Si가 이웃한 S 음이온에 많은 전자를 제공해, 전자가 풍부해진 S 음이온이 주위를 지나가는 Li 양이온과 강한 상호작용을 통해 Li의 확산장벽을 크게 낮춘다는 것을 규명했다.
연구 결과 이 고체전해질의 이온전도도는 치환 전 4.4 × 10-4 mS cm-1에서, 치환 후 15.4 mS cm-1로 치환 전에 비해 현저하게 증가하는 것으로 나타났다. 이는 전고체전지의 고체전해질에서 보고된 가장 높은 수준으로, 연구팀은 기존 리튬이온전지의 액체전해질과 경쟁할 수 있는 수치로 보고 있다.
정성철 교수는 “이번 연구는 이종원자가(aliovalent) 양이온 치환을 통해 Li 이온의 확산경로 주위의 전하를 조절하는(charge modulation) 전략이 아지로다이트계 고체전해질의 전도도 향상에 매우 효과적이라는 것을 밝힌 연구”라고 밝혔다.
이번 연구는 교육부의 G-램프(LAMP) 사업의 지원으로 진행됐으며, 논문 ‘Conductivity enhancement of argyrodite Li6SbS5I solid electrolyte via charge modulation around Li diffusion paths through Si substitution’은 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발간하는 화학·물리·재료 분야의 저명 국제학술지 <Journal of Materials Chemistry A>(IF=9.5)에 최근 게재됐다. <부경투데이>
△ 연구 이미지[Li6+xSb1-xSixS5Cl 고체전해질의 (좌)이온전도도와 활성화에너지 그래프 (우)Si 치환 전후의 확산장벽 및 확산경로 주변 원자들의 전하]
Pukyong National University Research Team Uncovers Mechanism to Enhance Ion Conductivity in Solid Electrolytes
-Research by Prof. Jung Sung-chul’s team published in Journal of Materials Chemistry A, Royal Society of Chemistry (RSC)
-Study proposes strategy using cation substitution for charge control and improved ion conductivity
Pukyong National University (President Bae Sang-hoon) announced on the 13th that a research study by Professor Jung Sung-chul (Department of Physics) and his team on enhancing ion conductivity in solid electrolytes has been published in an international journal of the Royal Society of Chemistry (RSC), UK.
The research team, led by Professor Jung Sung-chul of Pukyong National University and Dr. Jeon Tae-gon, a postdoctoral researcher from the LAMP Project Group, identified the mechanism behind the significant improvement in ionic conductivity of the argyrodite-type solid electrolyte Li6SbS5I for all-solid-state batteries, achieved through cation substitution. This result is considered a meaningful achievement in the growing field of solid electrolytes, which are being actively explored as safer alternatives to liquid electrolytes prone to fire hazards.
Using first-principles calculations, the team discovered that when the cation Sb in the SbS₄ tetrahedron of the Li6SbS5I solid electrolyte is substituted with Si, the Si provides more electrons to the neighboring sulfur anions. These electron-rich sulfur anions then strongly interact with lithium cations passing nearby, drastically lowering the diffusion barrier for lithium ions.
As a result, the ionic conductivity of this solid electrolyte increased significantly―from 4.4 × 10-⁴ mS cm-¹ before substitution to 15.4 mS cm-¹ after substitution. This is one of the highest levels ever reported for solid electrolytes used in all-solid-state batteries and is considered by the research team to be competitive with the ionic conductivity of conventional liquid electrolytes in lithium-ion batteries.
Professor Jung Sung-chul stated, “This study demonstrates that the strategy of charge modulation―adjusting the charge around lithium-ion diffusion paths through aliovalent cation substitution―is highly effective in enhancing the ionic conductivity of argyrodite-type solid electrolytes.”
This research was supported by the Ministry of Education’s LAMP (Leaders in Advanced Materials Platform) program. The findings were published in the prestigious international journal Journal of Materials Chemistry A (Impact Factor: 9.5), issued by the Royal Society of Chemistry, under the title: “Conductivity enhancement of argyrodite Li6SbS5I solid electrolyte via charge modulation around Li diffusion paths through Si substitution.” 〈Pukyong Today〉