강력한 산소 흡착성을 지닌 촉매를 통해 구동된 안정적인 소듐-산소 전지의 양극 및 방전생성물 연구

Abstract

알칼리 금속-공기 전지는 이론적인 에너지 밀도가 높기 때문에 현재 주목 받고 있다. 최근에는 리튬-공기 전지보다 높은 효율과 저비용을 나타내는 소듐-공기 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 낮은 과전압으로 인해 활발히 연구되고 있는 방전생성물 ‘나트륨 과산화물 (NaO2)’은 부반응을 이끌어내는 반응성 때문에 수명에 악영향을 미친다. 우리는 루테늄 촉매(Ru) 나노 입자가 가진 우수한 산소 흡착 효과를 이용해 방전생성물을 결핍된 형태의 나트륨 과산화물 (Na2-xO2)로 변화시켰다. 나트륨 과산화물 (Na2-xO2)은 peroxide 물질에 비해 분해되기 쉬워 상당한 OER 개선 효과를 보였다. 기존의 소듐-공기 전지 구동과는 다른 방전생성물을 가진 Ru-CNT 양극은 30이내에 열화하는 CNT 양극과는 달리 100 사이클 동안 안정한 사이클링 성능을 나타냈다. Ru 유무에 따른 양극 성능의 비교를 위해 XRD, XPS 및 SEM 분석을 진행하였다. 소듐-공기 전지의 방전생성물과 전지 구동에 대한 ex-situ 분석을 진행한 이 연구가 소듐-공기 전지에 대한 명확한 이해를 돕고 개발 가능성 및 방향을 제시 할 수 있기를 바란다.