주변 온도와 −40 °C에서 우수한 나트륨-금속 전지를 가능하게 하는 다기능 인터페이스 층

초록 나트륨(Na)-금속 양극은 높은 이론적 용량과 저비용으로 고에너지 밀도 금속 전지 제작에 유망하다. 그러나 Na와 액체 전해질 간의 불만족스러운 인터페이스는 느린 이온 전이 동역학과 수지상 Na 성장, 특히 초저온(−40 °C)에서 유도한다. 여기에서는 Na의 표면에 이화학적 반응을 통해 이황화 나트륨(Na2Se)과 금속 바나듐(V)으로 구성된 인공 이질적 인터페이스를 생성하였다(Na@Na2Se/V). 이러한 인터페이스 층은 높은 나트륨 친화성, 우수한 이온 전도도 및 높은 영률을 가지고 있어 Na-이온의 흡착과 이동을 촉진하며, 수지 없이 균일한 Na 침착을 실현한다. 대칭 Na@Na2Se/V 전지는 탄산염 기반 전해질에서 1790시간 이상의 뛰어난 사이클 수명을 보여준다(0.5 mA cm−2 /1 mAh cm−2). 더욱 놀랍게도, ab initio 분자동역학 시뮬레이션은 인공 Na2Se/V 하이브리드 인터페이스가 −40 °C에서 용매화된 Na+의 탈용매화를 가속화할 수 있음을 보여준다. 따라서 Na@Na2Se/V 전극은 대칭 전지(0.5 mA cm−2 /0.5 mAh cm−2에서 1500시간 이상)와 전체 전지(0.5 C에서 700회 이상)에서 뛰어난 전기화학적 성능을 보인다. 본 연구는 주변 및 초저온에서 우수한 고에너지 밀도 금속 전지를 위한 인공 이질적 인터페이스 층 설계를 위한 길을 제시한다.