희석제-용매 상호작용 완화로 Na-S 전지 이온 수송 마찰 저감

나트륨-황 전지는 대규모 에너지 저장 장치로 유망하지만, 나트륨 덴드라이트 성장, 불안정한 고체-전해질 계면(SEI) 형성, 폴리설파이드 셔틀 효과로 인해 실용화에 어려움을 겪고 있습니다. 본 연구에서는 이온 전도도와 계면 안정성을 동시에 확보하기 위해 새로운 국부 고농도 전해질(LHCE-DEE/TTEE)을 개발했습니다. 기존의 높은 용매화 능력을 가진 DME 대신 중간 용매화 능력을 가진 다이에틸 에테르(DEE)를 사용하여 희석제-용매 상호작용을 완화하고 Na+ 수송을 위한 국부 동적 마찰을 줄였습니다. 또한, DEE는 이온-쌍극자 상호작용을 약화시켜 안정적인 음이온 농축 용매화 클러스터를 형성하며, DEE의 긴 에틸 사슬은 황종(sulfur species)을 양극 내에 가두어 폴리설파이드 셔틀 효과를 억제합니다. 이러한 시너지 효과 덕분에 LHCE-DEE/TTEE 전해질을 적용한 Na||Na 대칭 전지는 2500시간 동안 안정적인 사이클링을 유지했습니다. 황화 폴리아크릴로니트릴 양극과 결합했을 때, 이 전해질은 8.7 mg cm-2의 높은 황 부하량과 4.6 µL mg-1의 희박 전해액 조건에서도 견고한 안정성을 보였으며, 이는 파우치 셀 구성에서도 검증되었습니다. 본 연구는 이온 전도도와 계면 안정성의 균형을 맞추는 LHCE 전해질 설계 전략에 대한 새로운 이해를 제공합니다.