재생 가능 에너지의 보급과 함께 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 특히, 이차 전지의 경제성과 에너지 밀도를 동시에 향상시키는 것은 탄소 중립 사회의 실현에 있어 가장 중요한 과제 중 하나입니다. 최근, 5V급의 고전압 리튬이온 전지, 고용량의 리튬메탈 전지, 그리고 코발트프리 고성능 리튬이온 전지 등이 제안되었습니다. 이들 전지는 매우 높은 에너지 밀도를 제공하면서도 현재의 리튬 이온 전지 생산 프로세스를 그대로 사용할 수 있고, 경우에 따라서는 희소금속의 사용을 제한할 수 있다는 점에서 매우 매력적입니다. 그러나, 음극과 양극 모두가 전해핵이 열역학적으로 안정적으로 존재할 수 있는 전위창에서 크게 벗어나 있어, 전해액 분해가 음극과 양극 모두에서 활발히 발생합니다. 이로 인해, 전지의 장기 충/방전 안정성이 심각하게 저하되며, 이는 상업화에 큰 장애물이 됩니다.
본 발표에서는 고전압 양극, 고용량 음극, 그리고 경제적 자원의 활용을 가능하게 하는 이차 전지 전해액의 설계 인자에 대해 다루고자 합니다. 전기화학적인 측면에서는 이미 잘 알려져 있었지만, 전지의 설계에서 간과되어 왔던 다양한 부반응을 재해석하고, 이온 페어를 기반으로 하는 전해액이 이러한 부반응을 고도로 억제하는 메커니즘을 상세히 토론할 것입니다.