국내연구진이 고체 전해질 내부를 나노 단위로 영상화하는 데 성공했다.
한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 원자간력 현미경의 한 모드인 전기화학 변위 현미경을 이용, 리튬이온전지 소재 내부 이온 이동 특성을 나노미터 수준에서 정량적 측정하는 방법을 개발했다고 13일 밝혔다.
전기화학 변위 현미경은 나노 크기의 탐침에 전압을 가했을 때 이온의 이동이 유발하는 시료 표면의 변형(displacement)을 측정하는 기술이다.
연구팀은 비행시간형 2차 이온 질량 분석법과 유도결합 플라즈마 분광분석기를 이용해 고체 전해질 시료의 깊이에 따른 이온 분포를 정량적으로 계산하고 전기화학 변위 현미경 결과와의 캘리브레이션(calibration, 계측기 등의 눈금을 표준기 등을 사용해 바로잡는 일)에 성공했다.
이후, 연구진에 의해 고안된 직류 전압 펄스(pulse)를 시료의 깊이에 따라 가했으며, 전기장에 의해 표면으로 이동했다가 다시 내부 쪽으로 확산하는 이온을 전기화학 변위 현미경으로 영상화했다.
연구팀은 시간 및 거리의 함수로 이온의 이동 과정을 영상화하는 데 성공했으며 이 결과를 이용해 깊이 및 이온의 농도에 따라 변화하는 확산계수 값을 정량적으로 보여줬다.
홍승범 교수는 "이온의 움직임을 나노미터 수준에서 정량적으로 관찰할 수 있는 방법론이 다양한 이온 거동의 메커니즘을 규명하는데 기여할 것ˮ이라며 "추후 다양한 실제 소자 구동 환경을 모사한 상태에서 이번 방법론을 적용하는 후속 연구를 진행할 것ˮ이라고 말했다.
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