| 다중 이온 설계 전략의 고성능 나트륨이온 완전전지 개발 | ||
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 최근, 중국과학원 선전(深圳)첨단기술연구원 첨단통합기술연구소 기능박막재료연구센터 탕융빙(唐永炳) 연구팀은 설계 아이디어 혁신을 통해 일종의 다중 이온 설계 전략의 고성능 나트륨이온 완전전지를 성공적으로 개발하였다. 해당 연구성과는 "A Multi-Ion Strategy towards Rechargeable Sodium-Ion Full Batteries with High Working Voltage and Rate Capability"란 제목으로 세계적인 화학학술지 "Angewandte Chemie International Edition"에 온라인으로 게재(DOI: 10.1002/anie.201810575)되었다. 알칼리 금속원소인 나트륨은 매장량이 풍부하고 가격이 저렴한 등 장점을 보유하고 있으며 따라서 나트륨이온 전지는 대규모 에너지저장 등 분야에 광범위한 응용전망이 있다. 나트륨의 표준전극전위(-2.71 V vs. SHE)는 리튬(-3.04 V vs. SHE)보다 높기에 나트륨이온 전지의 동작전압도 리튬이온 전지보다 낮다. 또한 나트륨 이온의 큰 반지름(Na: 0.98Å vs. Li: 0.69Å)은 수송역학적 성능을 떨어뜨려 전극재료의 큰 팽창을 초래함과 아울러 나트륨이온 전지의 율속 및 순환 성능을 제한한다. 연구팀은 상기 문제를 감안하여 일종의 다중 이온 설계 전략(Na+/Li+/PF6-)의 신형 나트륨이온 완전전지를 성공적으로 개발하였다. 해당 전지의 양극재료는 팽창흑연이고 음극은 Na 및 Li과 동시에 합금화 반응을 일이키는 금속재료를 사용하였다. 또한 집전체/활성재료 통합화 설계를 적용하는 한편 다중 이온 설계 Na+/Li+/PF6- 유기인 전해액을 사용하였다. 해당 다중 이온 설계 전략은 첫째, 음이온(PF6-) 층간삽입 흑연의 고전위 특성을 이용하여 나트륨이온 전지의 동작전압을 뚜렷이 향상시켰고 둘째, 전지의 반응동역학 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 합금화 과정에서 금속 음극의 부피 팽창을 감소시킴으로써 율속성능 및 순환수명을 대폭 개선하였다. 해당 전략으로 설계한 나트륨이온 전지의 동작전압은 ~4.0V, 율속성능은 30C(2min 충방전), 순환수명은 500회(용량보존율 95%, 율속성능 5C)에 도달하였다. 동 연구 성과는 나트륨이온 전지의 전기화학적 성능 향상에 새로운 해법을 제공하였다. 정보출처 : http://www.cas.cn/syky/201810/t20181017_4666451.shtml |
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