리튬보다 저렴하고 강력함 — 나트륨 배터리가 마침내 따라잡았습니다.

나트륨은 훨씬 저렴하고 풍부한 대안을 제공하며 추출 시 손상이 훨씬 적습니다. 그러나 나트륨 기반 전고체 배터리는 오랫동안 일반적인 온도에서 리튬의 성능을 맞추는 데 어려움을 겪었습니다.

“나트륨 대 리튬의 문제는 아닙니다. 우리는 둘 다 필요합니다. 미래의 에너지 저장 솔루션에 대해 생각할 때 동일한 기가팩토리가 리튬과 나트륨 화학을 모두 기반으로 한 제품을 생산할 수 있다고 상상해야 합니다”라고 UChicago Pritzker 분자 공학 대학(UChicago PME) 분자 공학과 Liew Family 교수인 Y. Shirley Meng이 말했습니다. “이 새로운 연구를 통해 우리는 기초 과학을 발전시키는 동시에 궁극적인 목표에 더 가까워질 수 있습니다.”

Meng 그룹의 새로운 연구는 다음과 같이 발표되었습니다. 줄해당 문제를 해결하기 위한 중요한 조치를 취합니다. 연구진은 실온에서 영하의 온도까지 안정적으로 작동하는 나트륨 기반 전고체 배터리를 개발하여 해당 분야의 새로운 기준을 설정했습니다.

Meng의 에너지 저장 및 변환 연구소를 방문하면서 이 작업을 수행한 싱가포르 A*STAR 재료 연구 및 공학 연구소의 제1저자 Sam Oh에 따르면, 이 결과는 나트륨 기술이 전기화학적 성능에서 리튬과 경쟁하는 데 훨씬 더 가까워졌다고 합니다.

이 성과는 또한 재료 과학의 근본적인 발전을 의미합니다.

오 교수는 “우리가 가진 돌파구는 아직 보고되지 않은 준안정 구조를 실제로 안정화하고 있다는 것”이라고 말했다. “이러한 수소화붕산나트륨의 준안정 구조는 매우 높은 이온 전도도를 가지며, 이는 문헌에 보고된 것보다 적어도 한 자릿수 더 높고, 전구체 자체보다 3~4 자릿수 더 높습니다.”

확립된 기술, 새로운 분야

이 구조를 만들기 위해 연구진은 준안정 형태의 수소화붕산나트륨이 결정화되기 시작할 때까지 가열한 다음 빠르게 냉각하여 구조를 제자리에 고정했습니다. 이 방법은 재료과학의 다른 분야에서는 잘 알려져 있지만 이전에는 고체 전해질에 사용된 적이 없었다고 오씨는 말했습니다.

이러한 실질적인 친숙함은 발견을 실험실 연구에서 산업 생산으로 전환하는 것을 더 쉽게 만들 수 있습니다.

“이 기술이 확립되었기 때문에 우리는 미래에 규모를 더 잘 확장할 수 있습니다”라고 오씨는 말했습니다. “새로운 것을 제안하거나 프로세스를 변경하거나 확립해야 하는 경우 업계는 이를 받아들이기를 더 꺼릴 것입니다.”

염화물 기반 고체 전해질로 코팅된 O3형 음극과 준안정상을 결합하면 이전 나트륨 배터리를 능가하는 새로운 디자인을 제공하는 두껍고 면적이 큰 음극을 만들 수 있습니다. 얇은 음극을 사용한 설계 전략과 달리 이 두꺼운 음극은 비활성 물질을 덜 포함하고 음극 “고기”를 더 많이 포장합니다.

오 교수는 “음극이 두꺼울수록 배터리의 이론적인 에너지 밀도, 즉 특정 영역 내에 유지되는 에너지의 양이 향상된다”고 말했다.

현재 연구는 나트륨을 배터리의 실행 가능한 대안으로 발전시키고 있으며, 이는 리튬의 희소성과 환경 피해를 방지하기 위한 중요한 단계입니다. 이는 앞으로 나아갈 여러 단계 중 하나입니다.

오 박사는 “아직 긴 여정이지만 이번 연구를 통해 우리가 한 일은 이러한 기회를 여는 데 도움이 될 것”이라고 말했다.