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한국화학연구원 강영구 책임연구원·박명수 선임연구원 연구팀은 고체전해질을 별도 기판에서 얇은 막으로 제작한 뒤 전극에 옮겨 붙이는 '전사 인쇄' 기술을 개발했다고 26일 밝혔다. 기존 직접 코팅 방식에서는 전해질이 전극 내부로 스며들어 구조가 변형되거나 두께가 10~25㎛로 불균일해지는 문제가 있었다. 새 기술로는 가로 6㎝, 세로 20㎝ 면적에 평균 두께 15㎛, 두께 편차 약 1㎛의 고체전해질막을 구현했다. 충·방전 실험에서 전사 인쇄 적용 전지는 100회 이후 초기 용량의 83.6%를 유지한 반면 직접 코팅 전지는 36.1%였고, 150℃ 파우치형 전지 시험에서는 2시간 30분간 전압을 유지했으나 기존 PE 분리막 전지는 약 10분 만에 내부 단락이 발생했다. 연구성과는 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'에 지난 9월 게재됐다.
10월 26일
연구진은 단일 정적 결정구조에서 이온 전달 메커니즘을 파악하는 보정 불필요(calibration-free) 방법인 위상-스펙트럼 퍼콜레이션 기술자(Topo-Spectral Percolation Descriptors, TSPD)를 제안했다. 물리 기반 에너지론으로 엣지 장벽을 계산한 주기적 이동 네트워크를 구성하고, 그 네트워크의 장벽-문턱값 위상(barrier-threshold topology)과 장벽 가중 그래프 라플라시안(barrier-weighted graph Laplacian)의 스펙트럼을 분석한다. 양극재와 고체전해질을 포함해 1차원부터 3차원 전달 특성을 보이는 8개 물질에 대해 제일원리 분자동역학(AIMD) 이온 밀도와 중성자 회절 데이터와 비교했고, 모든 경우에서 기존에 알려진 메커니즘을 재현했으며 구조가 기하학적으로 열려 있어도 이온 퍼콜레이션이 성립하지 않는 사례를 올바르게 구분했다고 보고했다. 저자들은 이 방법이 경로가 제한되고 방향 의존성이 큰 전달에서 가장 유용하며, 협동적(cooperative) 또는 거의 등방적인 전달에서는 완전한 동역학 시뮬레이션을 대체하기보다 보완하는 수준이라고 밝혔다. 초록에 제시된 검증 대상은 8개 물질로 한정되며, 전달 속도 자체가 아니라 메커니즘·경로를 다룬다는 점이 범위상의 한계다.
10월 1일
연구진은 리튬 칼코할라이드 안티페로브스카이트(Li₃BA, A = O, S, Se, Te, Po; B = F, Cl, Br, I)에서 음이온 자리를 서로 바꾼 입방정 유도체(Li₃AB)를 계산으로 조사했습니다. 상대 에너지 계산 결과 팔면체(octahedron) 내부에 더 작은 음이온이 위치할 때 구조가 안정화되는 경향이 나타났고, 격자동역학 계산에서 에너지적으로 가장 안정한 Li₃FA(A = Te, Po)와 Li₃OB(B = Cl, Br, I)는 허수 포논 모드 없이 동역학적으로도 안정한 입방정 상으로 확인됐습니다. 반면 Li₃FS와 Li₃FSe는 에너지적으로는 안정하나 평형 상태에서 동역학적으로 불안정했고, 삼축 압축 변형(triaxial compressive strain)을 가하면 동역학적으로 안정해졌습니다. 전자구조와 상태밀도(DOS) 계산에서는 음이온 교환에 따라 밴드갭이 크게 달라졌으며, 수 % 수준의 변형만으로 밴드갭을 전기화학적 안정성 창(electrochemical stability window) 범위 안에서 조절할 수 있음을 보였습니다. 다만 이 연구는 전산 계산에 기반한 것으로 실험적 합성이나 이온전도도 측정은 초록에 제시되지 않았습니다.
8월 24일
연구진은 전도성 브리지 메모리(CBRAM, conductive bridge random access memory)의 Ge-Te 고체전해질(solid electrolyte) 조성을 체계적으로 바꿔가며 소자 간(D2D) 편차를 줄이는 방법을 탐색했다. Ge:Te 비율을 조절한 결과 Ge3.5Te1 조성에서 확률적 저항 편차가 GeSe 기반 소자 대비 약 3자릿수(three orders of magnitude) 감소했다고 보고했으며, 라만 분광(Raman spectroscopy) 분석에서는 비대칭 신축 진동을 보이는 GeTe4 사면체 단위가 지배적인 결합 네트워크를 이루어 Cu+ 이온 이동 경로를 가두고 안정화하는 것이 원인으로 제시됐다. 이 균일도를 바탕으로 선택소자(selector) 없는 16x16 Cu/Ge3.5Te1 크로스바 어레이를 제작하고, 반선택(half-selection) 방식의 완전 병렬 프로그래밍으로 4x4 홉필드 연상 네트워크의 학습과 회상을 시연했다. 다만 선택소자가 없는 상태에서 성공적으로 회상된 패턴 연상은 최대 2개까지로, 개념 검증(proof-of-concept) 수준의 소규모 어레이 결과라는 한계가 있다. 동료평가를 거치지 않은 프리프린트일 수 있어 해석에 주의가 필요하다.
6월 4일