Structural batteries have emerged as multifunctional energy storage systems capable of simultaneously providing mechanical load-bearing and electrochemical energy storage. However, conventional systems suffer from a trade-off between electrochemical performance and structural reliability due to non-uniform electrode coatings, weak interfacial adhesion, and the low ionic conductivity of polymer-based solid electrolytes. To overcome these limitations, we integrate ultrathin active material coatings deposited via atomic layer deposition (ALD) on carbon fiber current collectors with a sulfide-based solid electrolyte. A uniform vanadium oxide layer (~253 nm) enhanced interfacial stability. The ALD-coated cathodes delivered 85.4 mAh g-1 with 93% capacity retention after 100 cycles in liquid cells, and 67.2 mAh g^-1 with stable cycling over 100 cycles in all-solid-state cells. These results demonstrate improved electrochemical performance and interfacial reliability, providing a viable pathway toward high-performance structural batteries for next-generation mobility and aerospace applications.

구조배터리는 기계적 하중 지지 기능과 전기화학적 에너지 저장 기능을 동시에 수행할 수 있는 다기능 에너지 저장 시스템으로 주목받고 있다. 그러나 기존 시스템은 전극 코팅의 비균일성, 취약한 계면 접착력, 그리고 고분자 기반 고체 전해질의 낮은 이온전도도로 인해 전기화학적 성능과 구조적 신뢰성 사이에 상관관계가 존재한다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 본 연구에서는 탄소섬유 집전체 상에 원자층 증착을 통해 초박막 활성물질을 코팅하고, 황화물계 고체 전해질을 통합하였다. 평균 두께 약 253 nm의 균일한 바나듐 산화물 층이 형성되어 계면 안정성이 향상되었다. ALD 코팅된 양극은 액체 전해질 셀에서 초기 방전 용량 85.4 mAh g^-1과 100회 사이클 이후 93%의 용량 유지율을 보였으며, 전고체 셀에서는 초기 방전 용량 67.2 mAh g^-1과 100회 이상의 안정적인 사이클 특성을 나타냈다. 이러한 결과는 전기화학적 성능과 계면 신뢰성이 동시에 향상되었음을 보여주며, 차세대 모빌리티 및 항공우주 응용을 위한 고성능 구조배터리 개발의 가능성을 제시한다.

Keywords: 복합재료(Composite materials), 탄소섬유(Carbon fiber), 구조배터리(Structural battery), 전고체 배터리 (All-solid-state battery)