Despite the exceptionally large specific capacities, the use of Li-O2 batteries have been limited due to their poor cycle lives originating from irreversible reaction processes during each cycle. Recent investigations have found electrolyte decomposition as one of the most critical reasons for the capacity decay. Herein, this paper demonstrates that a blended electrolyte consisting of a carbonate solvent and an ionic liquid improves the cycle lives of Li-O2 batteries remarkably by engaging a synergistic effect from both components. Both electrolyte components perform complementary functions to each other, as the ionic liquid suppresses the decomposition of the carbonate solvent, while the carbonate solvent resolves the poor ionic conductivity of the ionic liquid. This study confirms the importance and opportunities of utilizing electrolytes in Li-O2 batteries.
전 지구적인 환경 문제를 해결하고 다가 오는 전기자동차 시대를 열기 위해서는 높은 에너지 밀도를 가진 차세대 전지 시스템이 필요하다. 이러한 이유로 최근 리튬 공기전지가 새롭게 부각되고 있다. 리튬 공기전지는 리튬 이온전지 대비 높은 이론 에너지밀도를 가지며, 가솔린과 비슷한 에너지 밀도를 보인다. 그러나 상당히 큰 에너지밀도를 보임에도 불구하고, 사이클이 진행되는 동안에 발생하는 비가역 반응으로 인한 짧은 수명특성이 지금까지의 사용에 있어서 큰 걸림돌로 작용되어왔다.
수명특성을 줄이는 가장 근원적인 문제 중 하나가 산소라디칼 공격에 의한 카보네이트 계열의 전해질 분해라는 것이 최근 리튬 공기전지의 연구결과들을 통해 밝혀졌다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 본 논문에서는 리튬 공기전지의 전해질로써 카보네이트 용매와 이온성 액체로 이루어진 혼합 전해질을 사용하였다. 이러한 혼합전해질을 구성하는 각 성분은 서로에 대해서 상보적인 역할을 하며, 시너지 효과를 통해 리튬 공기전지가 가지고 있는 수명특성 문제를 해결하였다. 이온성 액체는 산소 라디칼 공격으로 인한 카보네이트 용매의 분해를 억제시키고, 카보네이트 용매는 이온성 액체가 가진 낮은 이온 전도도 문제를 해결함으로써, 리튬 공기전지의 장기 수명특성을 확보하였다. 본 연구는 이러한 혼합전해질을 사용함으로써 리튬 공기전지의 수명특성을 향상시켰을 뿐만 아니라, 나아가 리튬 공기전지의 새로운 연구방향을 제시하는 데에 기여했다고 생각된다.
