혁신적인 음극 소재로 높은 사용 가능

과학자들은 나트륨 이온 배터리용 나트륨 전이금속 산화물 기반 양극재의 공기/물 불안정성과 구조적-전기화학적 불안정성을 해결하는 데 상당한 발전을 이루었습니다. 이러한 새로운 개발을 통해 우수한 전기화학적 주기 안정성을 나타내고 공기와 물에 노출되었을 때 안정성을 유지하는 안정적인 고성능 양극 재료가 탄생했습니다. 이러한 획기적인 발전은 가전제품, 그리드 에너지 저장, 재생 에너지 저장 및 전기 자동차를 포함한 다양한 응용 분야를 위한 비용 효율적이고 지속 가능한 에너지 저장 시스템을 개발하는 데 중요합니다.

환경 문제로 인해 배터리 구동 전기 자동차의 중요성이 증가함에 따라 리튬 이온을 넘어 비용 효율적이고 안전하며 지속 가능한 알칼리 금속 이온 배터리 시스템의 개발이 필수적입니다. 특히 인도는 풍부한 나트륨 공급원을 보유하고 있어 곧 출시될 나트륨 이온 배터리 시스템이 인도 상황에서 매우 중요합니다. 나트륨 이온 전지는 충전 및 방전 중에 Na 이온을 가역적으로 삽입 및 제거할 수 있는 양극 및 음극 활물질로 구성됩니다. 이러한 셀의 성능은 전극의 안정성, Na 수송 역학 및 다양한 동적 저항에 따라 달라집니다.

나트륨 이온 배터리는 많은 장점을 제공하지만 Na 이온 배터리 시스템에서 널리 사용되기 위해서는 층상 Na 전이 금속 산화물 기반 음극 재료의 전기 화학적 거동과 안정성이 개선되어야 합니다. 안정성이 부족하면 Na-전이금속 산화물을 취급하고 저장하는 것이 어려워지고 전기화학적 성능에 부정적인 영향을 미칩니다. 또한, 물이 불안정하기 때문에 전극 준비를 위해 수성 슬러리 대신 N-Methyl-2-pyrrolidone(NMP)과 같은 독성이 있고 값비싼 화학 물질을 사용해야 합니다.

IIT 봄베이의 Amartya Mukhopadhyay 교수 그룹은 나트륨 이온 배터리용 환경적으로 안정되고 고성능인 음극을 개발하는 데 상당한 진전을 이루었습니다. TM-O 결합 공유성을 조정하여 "슬래브 간" 간격을 도입함으로써 그들은 이러한 음극의 성공적이고 광범위한 개발을 위한 보편적인 설계 기준을 제안했습니다. 공유성 정도를 조정하면 O 이온의 순 전하에 영향을 미치고 Na 이온과 O 이온 사이의 정전기적 인력뿐만 아니라 Na 층에 걸친 O 이온 사이의 반발력에도 영향을 줍니다.

이 연구는 TM-O 공유성을 줄이면 Na-O 결합이 더 강해지고 공기/물 안정성이 향상되는 반면, TM-O 공유성이 증가하면 Na-O 결합이 약해지고 Na 수송 역학이 향상되어 더 높은 전력 밀도가 가능하다는 것을 보여줍니다. 또한 TM-O 결합 공유성을 증가시켜 Na 이온의 프리즘형 O 배위를 안정화하여 Na 저장 용량을 높이고 공기/물 안정성을 향상시켰습니다.

이러한 발전은 실질적인 의미가 매우 크며 친환경적인 전극 처리 방법을 통해 고성능, 비용 효율적인 나트륨 이온 배터리 시스템의 광범위한 개발을 촉진할 것으로 기대됩니다.