이온-쌍극자 상호작용 조절로 Li-S 전지 안정성 향상

리튬-황 전지(LSB)의 사이클 안정성은 황 화합물, 특히 Li2S2 중간체의 불완전한 전환으로 인해 크게 제한된다. 본 연구는 이온-쌍극자 및 쌍극자-쌍극자 상호작용을 시너지적으로 조절하여 용매화 껍질 구성을 최적화하고 Li2S2의 전기화학적 반응성을 활성화하는 새로운 전략을 제안한다. 개념 증명으로 질소 도핑 탄소(MoNQDs/NC)에 담지된 질화 몰리브데넘 양자점 촉매를 설계했다. In situ/ex situ 특성 분석과 이론 계산을 통해 MoNQDs/NC가 Li(solvent)x+ 종 내의 이온-쌍극자 상호작용을 효과적으로 약화시켜 탈용매화 과정을 촉진함을 확인했다. 또한, MoNQDs의 극성 도메인과 Li2S2 간의 강력한 쌍극자-쌍극자 상호작용을 통해 국부적인 인장 변형장을 생성하여 S-S/Li-S 결합 네트워크를 불안정하게 만든다. 그 결과, 최적화된 전지는 넓은 온도 범위(0–60 °C)에서 높은 황 적재량(4.4–9.1 mg cm−2)에도 불구하고 50 사이클 후 5.0 mAh cm−2 이상의 높은 면적 용량을 유지했다. 1.5g의 황을 포함하는 파우치 전지는 15 사이클 후 1.79 Ah의 용량을 유지하여, 이 이온-쌍극자 조절 전략이 LSB의 상업화에 기여할 잠재력을 보여준다.