음이온 플럭스 제어로 나트륨 이온 배터리 안정성 향상

나트륨 이온 배터리의 하드 카본 음극은 불안정한 고체-전해질 계면(SEI) 형성으로 인해 낮은 초기 쿨롱 효율과 열악한 사이클 안정성을 겪는다. 본 연구는 분자 수준의 표면 설계를 통해 전해액 벌크에서 하드 카본 계면으로 음이온의 상향식 플럭스를 능동적으로 조절하는 방법을 제시한다. 카본 표면에 피리딘-N과 카르보닐 그룹의 시너지 효과를 내는 쌍을 도입하여 기능적으로 차별화된 미세 환경을 조성했다. 피리딘-N은 PF6- 음이온을 선택적으로 고정하고, 카르보닐은 용매 분자를 밀어낸다. 이 이중 기능은 계면으로 음이온의 지속적인 역 플럭스를 유도하는 농도 기울기를 형성하여, 전해액 분해 경로를 용매 위주에서 음이온 우선으로 전환한다. 이러한 맞춤형 표면은 PF6- 분해 장벽을 70% 이상 낮춰 NaF와 Na2O가 지배적인 얇고 무기물 풍부한 SEI를 형성한다. 최적화된 음극은 91.9%의 쿨롱 효율과 368.2 mAh g-1의 높은 가역 용량을 달성했으며, 5,000회 사이클 후에도 96.5%의 용량 유지율을 보였다. NFPP 양극과 조립된 파우치 셀은 239.1 Wh kg-1의 에너지 밀도와 500회 사이클 동안 안정적인 작동을 입증하며 실용적인 잠재력을 보여주었다. 본 연구는 활성 표면 유도 음이온 수송이 차세대 나트륨 이온 배터리의 계면 엔지니어링을 위한 강력한 전략임을 확립한다.