LMU 뮌헨의 한 과학자 팀은 새로운 나트륨 이온 전도체를 개발했다.
최고 재료의 비밀은 재료의 정확한 혼합에 있다.

미래의 배터리에서는 고체가 전해액을 대체한다.
LMU 뮌헨의 한 과학자 팀은 현재 일련의 새로운 나트륨 이온 전도체를 개발했다.
최고 재료의 비밀은 재료의 정확한 혼합에 있다.

고체 리튬 배터리가 훌륭한 대안이기 때문에 기존 리튬 이온 배터리의 시대는 곧 종말을 맞이할 것이다. 이들의 큰 장점은 액체 리튬 함유 전해질을 고체 전해질로 대체하는 것이다.
화재의 위험을 줄이고 외부 온도 제어 시스템의 사용을 줄이며 빠른 적재 및 하역이 가능하다. 미래에 중요한 자원인 배터리를 리튬없이 생산할 수 있도록, 나트륨을 대체하는 새로운 시스템이 개발됐다. 성공의 열쇠는 전도도이며 가능한 한 높아야 한다.

나트륨, 알루미늄, 실리콘 및 황 원소는 고체 전해질의 개발에 중요한 역할을 한다.
4 가지 물질은 모두 지구상에서 풍부하고 저렴하다. 올바른 혼합 비율에서 고체 전해질의 전도성을 크게 높일 수 있다.

슈투트가르트에 있는 막스 플랑크 고체 연구소(Max Planck Institute for Solid State Research)와 LMU 화학 부서의 베티나 로취(Bettina Lotsch) 교수가 이끄는 과학자들은 최근 출판물에서 세 가지 새로운 연결을 설명하고 전기적 특성을 결정했다.

그들은 알루미늄과 실리콘 두 원소를 올바른 비율로 나트륨과 황과 혼합하면 완전히 새로운 구조(Na₉AlS₄SiS₄)를 만든다는 것을 발견했다. 나트륨 및 황 (Na₅AlS₄ 및 Na₄SiS₄)이 있는 알루미늄 또는 실리콘만 있는 화합물과 비교할 때, 이는 이온 수송에 특히 유리하다.

▲ Image by PublicDomainPictures from Pixabay

다른 3가지 원소와 함께 의해 펼쳐진 네트워크에서, 나트륨 이온은 많이 상이하고 불규칙적인 형상의 환경을 갖고 이를 통해 특별히 쉽게 전해질을 이동할 수 있다. 그들은 평평한 에너지 환경을 통과한다고 한다. 소위 BVEL(Bond Valance Energy Landscapes) 방법을 사용한 이론적 계산은 이 가정을 뒷받침한다. 과학자들은 실리콘으로 이동성 나트륨 이온 형태로 전하 운반체의 양을 최적화 할 수 있었고 모든 화합물 중 가장 빠른 전도성 물질인 Na₈.₅ (AlS₄) ₀.₅ (SiS₄) ₁.₅을 만들었다.

연구 결과는 평평한 에너지 환경을 가진 구조물의 이해가 차세대 배터리를 위한 고체 전해질 개발에 얼마나 중요한지를 보여준다.

출처: Ludwig-Maximilians-Universität München

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]