확장 생산 가능한 장수명 600 Wh/kg급 고체상 리튬메탈 파우치셀A scalable and long-cycle-life 600 Wh kg−1 solid-state lithium metal pouch cell

604 Wh/kg 숫자보다 눈에 띈 건 드론이 실제로 날았다는 사실이었다

리튬메탈전지 논문 대부분은 코인셀 수준에서 끝난다. 에너지밀도를 자랑하는 논문도, 수명을 자랑하는 논문도, 안전성을 자랑하는 논문도 많지만 셋을 동시에, 그것도 실제 제품에 가까운 크기인 11Ah급 파우치셀로 보여준 사례는 드물다. 2025년 Nature Communications에 실린 이 논문은 그 드문 사례이고, 심지어 이 배터리 모듈로 실제 무인기(UAV)를 띄우기까지 했다.

핵심 숫자는 이렇다. 11.29Ah급 파우치셀이 비에너지 604.2 Wh/kg(포장재 제외 시 626.4 Wh/kg)을 달성했고, 100사이클을 반복해도 92.83%가 남았다(560.9 Wh/kg). 여기까지는 다른 고에너지밀도 논문에서도 종종 보는 숫자다. 이 논문이 다른 점은 이 성능을 만든 두 기술 각각이 별도로 안전성·제조성까지 검증받았다는 것과, 완전히 충전한 파우치셀에 못을 박는 관통시험을 실제로 통과했다는 데 있다.

에너지밀도를 올리는 기술과 안전성을 지키는 기술은 흔히 상충한다. 이 논문은 전해질을 젤화하고 리튬 표면에 이중구배 고분자막을 입히는 두 가지 설계로 이 둘을 함께 잡았다고 주장한다.

이 글은 논문 원문(Article 본문 14쪽)을 전체 통독하고 정리한 것이다. Battery Lab 시리즈 1편(분자앵커링 전해질, 열폭주 지연)·2편(급속충전 전해질)과 마찬가지로 배경 개념은 본문에 풀어 쓰고, 분석기법 설명은 글 맨 끝 부록에 모아뒀다.

배경 — 600 Wh/kg은 왜 지금 문제가 되는가

전기차보다 훨씬 배터리에 인색한 시장이 있다. 전기 항공기·전기 선박·무인기(UAV) 시장이다. 지금 최고 수준의 리튬이온전지도 비에너지가 360 Wh/kg 근처에서 정체돼 있는데, 수직이착륙 전기항공기(eVTOL)는 최소 400 Wh/kg, 협동체 여객기급 응용은 600 Wh/kg을 요구한다. 해상 운송은 무게보다 부피 기준으로 1200 Wh/L를 넘겨야 한다는 조건까지 붙는다. 미국 에너지부의 ‘Battery500’ 프로젝트(2016년 출범, 500 Wh/kg 목표), 일본 NEDO의 2030년 이전 500 Wh/kg 양산 목표, 유럽의 ‘Battery 2030+’ 로드맵, 중국의 2030년 500 Wh/kg 상용화 목표 — 각국이 이 문턱을 넘으려고 별도 프로젝트를 돌리고 있다는 사실 자체가 얼마나 어려운 목표인지 보여준다.

600 Wh/kg급 배터리를 설계하려면 몇 가지가 동시에 맞아떨어져야 한다. 양극은 비용량 220 mAh/g 이상, 면적용량 5.5 mAh/cm² 이상으로 두꺼워야 하는데, 흔히 쓰는 NCM811(니켈:코발트:망간=8:1:1)은 195 mAh/g 정도에 그쳐서 니켈 비중을 90% 이상(Ni92)까지 올린 양극이 필요하다. 음극은 흑연·실리콘 복합체 대신 리튬 금속을 얇게 써야 무게를 줄일 수 있다. 그리고 전해질량 대 용량 비(E/C비)를 1.0 g/Ah 아래로 낮춰야 하는데, 이건 다공질인 흑연·실리콘 음극에서는 사실상 불가능하고 평평한 리튬 금속 음극이라야 가능하다.

그림 출처: Peng et al., Nature Communications 16, 11695 (2025), Fig. 1, DOI: 10.1038/s41467-025-66866-7, CC BY-NC-ND 4.0

문제는 이 조건에서 전해질 선택이 까다로워진다는 점이다. 에테르계 전해질(예: 이 시리즈 1·2편에서 다룬 DME 기반 전해질)은 리튬 금속과는 궁합이 좋지만, 산화안정성이 약해 니켈 함량이 높은 고전압 양극(4.3V 이상)과 만나면 계속 분해된다. 게다가 열안정성이 나쁘고 가스가 잘 발생해 고에너지밀도 셀에서는 안전 문제가 더 커진다. 반대로 카보네이트계 전해질(지금 리튬이온전지에 쓰는 것과 같은 계열)은 열안정성이 좋고 고전압 양극과도 잘 맞지만, 전자를 끌어당기는 성질이 강해 리튬 금속과 격렬하게 반응한다. 이 반응으로 생기는 SEI(고체전해질계면)가 리튬의 부피 변화를 못 버텨 깨지고, 그때마다 리튬과 전해질이 계속 소모된다. 이 논문은 카보네이트 전해질 쪽을 택하되, 이 반응성 문제를 “가둬서” 해결하는 전략을 쓴다.

무엇을 다뤘나 ① — 자유 용매를 가두는 젤 전해질(GMFN)

출발점은 MFN이라는 개선된 카보네이트 전해질이다(1.2M LiPF6를 FEC/FEMC/EMC/DMC 혼합 용매에 녹이고, Mg(TFSI)2·LiNO3·HMDS를 소량 첨가). LiNO3는 리튬 가역성을 높이는 동시에, 이 논문에서는 젤화 과정이 통제 불능으로 번지는 걸 막는 역할도 한다. HMDS는 젤화 과정의 고온 처리 중 생기는 불화수소(HF)를 잡아주는 저비용 첨가제다. MFN 자체만으로도 Li‖Cu 쿨롱효율 99.16%, 4.7V까지 버티는 산화안정성을 보였다 — 이미 기존 카보네이트 전해질(LP334)보다 낫다.

여기에 세 종류의 단량체(PETEA·DAP·HFBMA)를 넣고 제자리(in-situ) 자유라디칼 중합을 일으켜 가교 고분자망을 만든 것이 GMFN이다. PETEA는 팔이 네 개 달린 구조로 다른 단량체를 쉽게 엮고, DAP는 LiNO3를 잘 풀어내면서 리튬 이온이 빠르게 지나가게 돕고, HFBMA의 탄소-불소 결합은 쌍극자가 커서 용매 분자를 끌어당긴다. 분자동역학(MD) 시뮬레이션으로 보면 이 고분자망과 용매 분자 사이의 결합에너지가 용매 분자끼리의 결합에너지보다 커서, 용매가 자유롭게 돌아다니지 못하게 붙잡아 둔다는 게 확인됐다. 실제로 젤화 후 용매의 확산계수가 뚜렷하게 줄었다.

그림 출처: Peng et al., Nature Communications 16, 11695 (2025), Fig. 2, DOI: 10.1038/s41467-025-66866-7, CC BY-NC-ND 4.0

이 결합이 실제로 화학적 안정성으로 이어지는지도 여러 각도에서 확인했다. Raman 분광으로 보면 젤화 이후 배위하지 않은 자유 상태의 비불소계 카보네이트(DMC·EMC)가 줄고 리튬 이온과 결합한 비율이 늘었는데, 이게 산화안정성을 높이는 방향이다. XPS로 본 리튬 금속 표면도 GMFN 쪽에서만 순수 리튬(Li⁰) 신호가 뚜렷해 SEI가 더 얇다는 걸 보여줬다. 리튬 이온 수송률(tLi+)은 LP334 0.28, MFN 0.52, GMFN 0.64로 젤화할수록 높아졌다. 고전압 누설전류 시험에서는 GMFN이 5.2V까지도 안정적이었다(MFN은 4.7V부터 흔들림). 50μm 리튬‖Ni92 셀 사이클(0.33C/1C) 결과도 GMFN이 200사이클에 82.64%로 LP334(120사이클에 72.36%)·MFN(196사이클에 75.82%)보다 나았다.

실용적으로 중요한 결과는 가스 발생량이다. 5Ah급 파우치셀을 수명 끝까지 돌린 뒤 가스를 분석했더니, LP334 전해질에서는 이산화탄소(40.54%)·일산화탄소(30.04%)·산소(0.41%)가 상당량 검출됐지만 GMFN에서는 거의 검출되지 않았다. 파우치셀이 부풀어 오르는 스웰링 문제와 직결되는 대목이다. 투과전자현미경(TEM)으로 본 양극 표면 CEI(계면 보호막) 두께도 LP334 14.5nm 대 GMFN 2.3nm로 6배 차이가 났고, 난연성 시험에서는 액체 상태 전해질(LP334·MFN)은 모두 잘 타는 반면 고체상 GMFN은 점화기를 5초 넘게 대도 불이 붙지 않았다.

무엇을 다뤘나 ② — 리튬을 감싸는 이중구배 고분자막(BGPL)

젤 전해질만으로는 부족하다. 젤-고체상 전해질과 리튬 금속 사이의 접촉이 불균일하면 리튬이 고르지 않게 도금된다. 이 문제를 풀려고 연구팀은 리튬 표면에 얇은 인공 계면막(a-SEI)을 미리 입혔다.

핵심 재료는 두 가지다. 1,3,5-트리옥산(TX)은 리튬 금속 위에서 스스로 중합해 폴리에테르 계열의 막(PTX)을 만드는데, 산소 자리가 많아 리튬과 잘 붙고(친리튬성) 이온을 잘 통과시킨다. 다만 TX만 쓰면 막이 고르지 않다. 반대로 PVDF-co-HFP는 소수성이 강하고 유전율이 높아 필름을 고르게 만들지만, 리튬과 친화력이 낮아 잘 벗겨진다. 이 논문은 둘을 섞어 리튬 금속에 가까운 쪽은 PTX가 우세하고 바깥쪽(공기와 닿는 쪽)은 PVDF-co-HFP가 우세한 이중연속 구배 구조(BGPL, bicontinuous gradient polymer layer)를 만들었다. 여기에 소량의 LiDFOB를 더해 이온전도도를 보강했다.

그림 출처: Peng et al., Nature Communications 16, 11695 (2025), Fig. 3, DOI: 10.1038/s41467-025-66866-7, CC BY-NC-ND 4.0

이 막은 성능뿐 아니라 “제조성”까지 겨냥한다. 리튬 호일은 원래 무르고 끈적하고 습기에 약해서, 파우치셀을 기계로 적층하는 공정에서 구겨지거나 접히기 쉽다. BGPL을 입힌 리튬은 이런 구김·접힘 문제가 눈에 띄게 줄었고(Fig.3e), 노점 -30°C의 건조공기에 240시간 넣어둬도 활성 리튬의 96% 이상이 그대로 남았다(코팅 안 한 리튬은 96시간 만에 검게 변색). 물을 직접 떨어뜨려도 코팅 안 한 리튬은 격렬하게 수소를 내며 반응하는 반면 BGPL을 입힌 쪽은 멀쩡했다.

전기화학적으로도 이점이 있다. 대칭셀의 Tafel·임피던스 분석에서 BGPL을 입힌 리튬은 코팅 안 한 리튬보다 교환전류밀도가 높고(반응이 더 쉽게 일어남) 저항은 더 낮았다. Li‖Cu 비대칭셀(Aurbach법 — 일정량의 리튬을 반복 도금·탈리시키며 마지막에 남은 리튬까지 모두 벗겨내 누적 효율을 정밀하게 계산하는 표준 프로토콜)로 잰 쿨롱효율은 MFN 전해질에서 99.66%(카보네이트 전해질 기준 보고된 값 중 최상위권), GMFN 전해질에서도 99.42%를 기록했다. SEM으로 본 도금된 리튬은 크고 조밀한 입자(최대 40μm) 형태였고, 이온빔으로 자른 단면도 코팅 안 한 구리 위에 도금했을 때의 다공질 구조와 달리 치밀했다.

대표 결과 — 병목은 리튬 두께가 아니라 전해질 고갈이었다

GMFN과 BGPL@Li를 합친 완전셀(50μm 리튬‖Ni92, 0.33C/1C)은 405사이클에서 81.23%를 유지했다 — LP334-BGPL@Li(155사이클에 81.21%)나 MFN-BGPL@Li(260사이클에 77.59%)보다 훨씬 오래갔다. 평균 쿨롱효율은 99.94%였다.

그림 출처: Peng et al., Nature Communications 16, 11695 (2025), Fig. 4, DOI: 10.1038/s41467-025-66866-7, CC BY-NC-ND 4.0

이 완전셀에서 직류저항(DCR)의 변화도 계면 안정성을 보여주는 또 다른 단서다. GMFN-BGPL@Li 조합의 초기 DCR은 20.06Ω으로 MFN-BGPL@Li(10.95Ω)보다 오히려 높게 시작해 25사이클 동안 증가하다가, 70사이클째에는 17.39Ω로 낮아지며 이후 증가 속도도 MFN 쪽보다 완만해졌다. 180사이클을 넘기면 역전이 일어나 MFN-BGPL@Li의 DCR이 298사이클째 44.73Ω까지 치솟는 반면 GMFN-BGPL@Li는 407사이클째에도 38.08Ω에 머물렀다. 초반엔 저항이 더 높다가 장기적으로는 더 안정적으로 유지되는 패턴이다.

그런데 이 논문에서 가장 실무적으로 흥미로운 발견은 따로 있다. 연구팀은 500 Wh/kg급 이상의 파우치셀이 100사이클 안에서 망가지는 진짜 원인을 추적하다가, 뜻밖의 결론에 도달했다. E/C비 1.5 g/Ah, 20μm 코팅 안 한 리튬(Li@Cu)과 MFN 전해질로 만든 7Ah급 파우치셀을 돌렸더니 60사이클 만에 용량이 갑자기 떨어졌다. 이 셀을 분해해보니 반응하지 않은 새 리튬이 아직 남아 있었는데도, 파우치 안에는 전해질이 한 방울도 남아 있지 않았다. 리튬이 부족해서가 아니라 전해질이 말라버려서 셀이 죽은 것이다. 실제로 주입량을 2.4 g/Ah로 늘리기만 했더니 같은 셀이 100사이클을 넘겼다.

리튬 금속 배터리가 100사이클 안에서 망가지는 결정적 원인은 리튬의 양이 아니라 전해질의 고갈일 수 있다 — 이 논문은 이걸 직접 분해해서 확인했다.

이 통찰이 이후 모든 설계의 전제가 된다. GMFN이 자유 용매를 고분자망에 가둬 소모 속도를 늦추고, BGPL@Li가 리튬 쪽 부반응을 억제하는 두 기술 모두, 결국 “전해질을 오래 버티게 하는” 같은 목표를 서로 다른 경로로 겨냥하고 있는 셈이다.

600 Wh/kg 파우치셀 — 실제 스펙

이렇게 설계한 11.3Ah급 파우치셀의 사양은 다음과 같다.

이 셀을 0.1C충전/0.2C방전으로 100사이클 돌리자 92.83%(560.9 Wh/kg)가 남았다. 같은 설계의 또 다른 셀을 더 빠른 0.2C/0.5C로 돌렸을 때는 100사이클에 85.71%로, 속도를 올리면 반응 동역학과 계면 안정성에 부담이 커져 유지율이 다소 낮아지는 경향을 보였다.

X선 단층촬영(CT)으로 30사이클 순환한 3Ah급 파우치셀 내부를 들여다본 결과도 흥미롭다. LP334-코팅 안 한 리튬 조합은 셀 두께가 2.74–2.98mm로 들쭉날쭉했지만, GMFN-BGPL@Li 조합은 2.14mm로 전체가 균일했다. BGPL@Li가 리튬 도금을 고르게 만들고 GMFN이 부반응을 줄인 효과가 겹쳐, 셀이 국소적으로 부풀지 않고 납작하게 유지되는 셈이다.

그림 출처: Peng et al., Nature Communications 16, 11695 (2025), Fig. 5, DOI: 10.1038/s41467-025-66866-7, CC BY-NC-ND 4.0

안전성 — 500 Wh/kg급에서는 좀처럼 안 하는 시험

500 Wh/kg 이상급 리튬메탈전지의 안전성 데이터는 논문에서도 드물다고 저자들 스스로 짚는다. 이 논문은 5Ah급 파우치셀(양극 7매+음극 8매)을 10사이클 돌린 뒤 25% 충전 상태로 맞춰 못 관통시험을 했다. LP334-코팅 안 한 리튬 조합은 관통 직후 폭발했다. 반면 GMFN-BGPL@Li 조합은 연기도 불꽃도 없이 멀쩡했고, 관통 중 표면온도도 거의 변하지 않았다. 완전충전(4.25V) 상태에서도 같은 시험을 통과했다.

가속속도열량계(ARC) 시험에서는 조금 더 미묘한 그림이 나온다. 자체발열이 시작되는 온도(T1)는 LP334-코팅 안 한 리튬(107.2°C)과 GMFN-BGPL@Li(106.5°C)가 거의 같았다. 발열이 시작되는 시점 자체는 안 늦춰졌다는 얘기다. 차이는 그다음부터다. LP334-코팅 안 한 리튬은 180.4°C에서 격렬한 열폭주(dT/dt 초당 1150°C 초과)를 일으켜 셀이 폭발했다. GMFN-BGPL@Li는 141–190°C 구간에서 열폭주가 지연되고 자체발열 속도도 완만하게(분당 0.6°C) 유지됐는데, 젤-고체상 전해질의 흡열 반응 덕분이라고 저자들은 설명한다. 이 시리즈 1편(Cui et al.)이 열폭주 “개시온도” 자체를 늦추는 전략이었다면, 이 논문은 개시온도는 비슷해도 그 이후의 폭주 “속도”를 완만하게 만드는 다른 경로로 안전성을 확보한 셈이다.

고찰 — 이 논문이 안 보여준 것

이 논문의 구성은 촘촘하다. 전해질(GMFN)과 리튬 표면(BGPL@Li)이라는 두 개의 독립된 기술을 각각 코인셀 단위에서 검증한 뒤, 완전셀 → 5Ah급 파우치 → 11Ah급 파우치까지 스케일을 단계적으로 올려가며 같은 결론이 유지되는지 반복 확인했다. 특히 “전해질 고갈이 진짜 원인”이라는 통찰을 파우치셀을 직접 분해해서 확인한 부분과, 500 Wh/kg급에서 드문 못 관통시험·ARC 시험까지 실제로 수행한 부분은 이 시리즈에서 다룬 세 논문 중 스케일이 가장 크다.

다만 몇 가지는 이 논문만으로는 확인할 수 없다. 첫째, 셀 하나짜리 결과라는 점이다. 604.2 Wh/kg이라는 헤드라인 수치도, 100사이클 92.83% 유지율도 모두 단일 11Ah 셀에서 나온 값이다 — 여러 셀에 걸친 재현성이나 배치 간 편차는 이 논문에 없다. 둘째, 100사이클이라는 구간 자체가 상용 배터리에 흔히 요구되는 수명 기준에는 크게 못 미친다. 저자들도 “장수명(long-cycle-life)“이라는 표현을 100사이클 기준으로 쓰는데, 이건 코인셀의 통상적 장수명 기준과 비교하면 짧은 편이고, 100사이클 이후 열화가 어떤 궤적을 그리는지는 알 수 없다. 셋째, 젤화 공정의 재현성이다. 논문은 파우치셀용 젤화 조건(60°C 1시간)이 코인셀용(65°C 4시간)과 다르다고 밝히는데, 대량생산 라인에서 이 젤화 균일성이 배치마다 얼마나 안정적으로 재현되는지는 다루지 않는다. 넷째, 비용이다. Ni92 고니켈 양극, LiDFOB, 여러 단량체를 쓰는 이 설계의 원가가 기존 상용 셀 대비 얼마나 비싼지는 언급이 없다.

My Take

이 논문에서 가장 인상 깊었던 대목은 604.2 Wh/kg이라는 헤드라인 숫자가 아니라 “전해질 고갈이 리튬 부족보다 결정적”이라는 발견이었다. 이 시리즈에서 다룬 세 논문 모두 결국 “전해질이 스스로를 얼마나 오래 지키는가”라는 같은 질문을 서로 다른 각도(안전성·급속충전·에너지밀도)에서 다루고 있는데, 이 논문은 그 질문을 실제로 파우치셀을 분해해서 확인했다는 점에서 다른 두 편보다 한 단계 더 실무적이다. 코인셀 데이터만으로는 절대 안 나오는 통찰이다.

동시에 이 논문이 다루는 스케일 자체가 이 시리즈에서 가장 “제품에 가깝다”는 점도 짚어둘 만하다. UAV를 실제로 띄웠다는 대목, 기계 적층 공정에서의 구김 문제까지 신경 쓴 BGPL@Li 설계, 파일럿 규모 장비로 코팅을 시연한 부분은 모두 “논문이 되는 성능”이 아니라 “제품이 되는 성능”을 겨냥한 흔적이다. 다만 그만큼 100사이클이라는 짧은 구간, 단일 셀 결과라는 한계도 뚜렷하다. 604 Wh/kg을 찍은 것과, 그 604 Wh/kg을 수백 사이클·수백 셀 규모에서 재현하는 것 사이에는 여전히 거리가 있다.

Battery Lab 시리즈는 이번 3편으로 파일럿을 마친다. 열폭주 지연(1편)·급속충전(2편)·에너지밀도(3편) 세 편 모두 결국 “전해질과 계면을 어떻게 설계하느냐”라는 하나의 질문으로 수렴한다는 게 세 논문을 나란히 읽고 나서 든 생각이다. vault에 쌓인 나머지 논문 중 원문 PDF가 확보된 것들을 계속 이 방식으로 리뷰해나갈 예정이다.

부록 — 이 글을 이해하는 데 필요한 배경지식과 용어

이 시리즈 1·2편에서 이미 설명한 SEI·CEI·쿨롱효율·N/P비·C-rate·XPS·SEM·EIS 같은 개념은 이번 편에서 다시 자세히 풀지 않는다. 이번 논문에서 새로 등장한 개념 위주로 정리했다.

1. 이 논문의 핵심 개념

• 비에너지(specific energy) vs 에너지밀도(energy density): 비에너지는 무게 대비 저장한 에너지(Wh/kg), 에너지밀도는 부피 대비 저장한 에너지(Wh/L)를 가리킨다. 항공기처럼 무게가 중요한 응용은 비에너지가, 선박처럼 공간이 중요한 응용은 에너지밀도가 더 결정적인 지표가 된다.
• E/C비(electrolyte-to-capacity ratio): 셀 용량(Ah) 대비 넣은 전해질의 양(g)을 나타내는 값. 낮을수록 전해질을 적게 써서 가볍고 에너지밀도에 유리하지만, 그만큼 전해질이 빨리 고갈될 위험이 커진다.
• 젤-고체상 전해질(gel-solid-state electrolyte): 액체 전해질 성분을 고분자망 안에 가둬 반고체 형태로 만든 전해질. 이 논문에서는 액체 전해질(MFN)에 단량체를 섞어 셀 안에서 직접 중합(제자리 중합, in-situ polymerization)시켜 만든다.
• 인공 고체전해질계면(a-SEI, artificial SEI): 배터리를 조립하기 전에 리튬(또는 다른 전극) 표면에 미리 입혀두는 보호막. 셀 조립 후 전해질과 반응하며 저절로 생기는 SEI와 달리, 원하는 조성·두께로 미리 설계할 수 있다.
• 이중연속 구배 구조(bicontinuous gradient structure): 두 재료가 서로 섞이지 않고 각자 연속적인 경로를 이루면서, 위치에 따라 어느 한쪽의 비중이 점진적으로 바뀌는 구조. 이 논문의 BGPL은 리튬에 가까운 쪽은 친리튬성 고분자(PTX)가, 바깥쪽은 소수성 고분자(PVDF-co-HFP)가 우세하도록 설계됐다.
• 교환전류밀도(exchange current density): 전극에서 정반응과 역반응이 평형을 이룰 때 오가는 전류의 크기. 값이 클수록(그래프에서 덜 음수일수록) 반응이 더 쉽게 일어난다는 뜻이다.
• 가속속도열량계(ARC) T1: 셀이 외부 열원 없이 스스로 발열을 시작하는 온도. 이 온도를 지나 발열 속도가 걷잡을 수 없이 커지는 지점이 열폭주 개시온도다.

2. 이 논문에 새로 쓰인 분석기법

• 분자동역학(MD) 시뮬레이션: 원자·분자 사이의 힘을 바탕으로 시간에 따른 움직임을 컴퓨터로 재현한다. 이 논문은 이 기법으로 고분자망과 용매 분자 사이의 결합에너지, 확산계수를 계산했다.
• Raman 분광: 빛이 분자에 부딪혀 산란할 때 파장이 미세하게 바뀌는 정도를 측정해 분자 구조를 알아낸다. 카보네이트 용매 분자가 자유 상태인지 리튬 이온과 배위된 상태인지 구분하는 용도로 쓰였다.
• 광각 X선 산란(WAXS, wide-angle X-ray scattering): X선이 물질을 통과하며 산란하는 각도로 원자 단위의 배열 구조를 알아내는 기법. 소각 X선 산란(SAXS)보다 더 작은 규모(원자 간 거리 수준)의 구조를 본다.
• 투과전자현미경(TEM): 전자빔을 시료에 투과시켜 원자 단위에 가까운 해상도로 구조를 직접 이미지화하는 현미경. 양극 표면 CEI의 두께를 나노미터 단위로 측정하는 데 이용됐다.
• 비행시간형 이차이온질량분석(ToF-SIMS): 시료 표면에 이온빔을 쏴 튀어나오는 이차이온의 질량을 분석해, 표면부터 깊이 방향까지 매우 정밀하게 원소·분자 조성을 지도화하는 기법. XPS보다 민감도가 높아 미량 성분까지 검출할 수 있다.
• 가스크로마토그래피-질량분석(GC-MS): 혼합 기체를 성분별로 분리한 뒤 각 성분의 질량을 분석해 정량하는 기법. 이 논문은 이 기법으로 파우치셀 안에서 발생한 이산화탄소·일산화탄소·산소의 양을 측정했다.
• X선 컴퓨터단층촬영(CT): X선으로 여러 각도에서 촬영한 단면 이미지를 합성해 물체 내부의 3차원 구조를 비파괴로 들여다보는 기법. 파우치셀을 분해하지 않고 내부 두께 균일성을 확인하는 용도로 쓰였다.
• 못 관통시험(nail penetration test): 완전히 조립된 배터리에 금속 못을 강제로 박아 내부 단락을 인위적으로 일으키는 표준 안전성 시험. 실제 사고(관통 손상)를 재현하는 가장 가혹한 시험 중 하나로 꼽힌다.