후막 Na β ″-Alumina 복합 고체 전해질 및 Gel-Type 유황 양극을 활용한 상온형 Na-S 전지의 특성 평가

Abstract

본 연구에서는 Na/S 배터리의 전해질 저항을 줄이기 위해 Na β"-alumina composite 후막 고체 전해질을 도입하였다. 베타 알루미나 전해질의 기계적 강도 확보를 위해 지르코니아 소재와 복합화하였으며 테잎캐스팅(Tape-casting) 공정 및 기상변환법(Vapor phase conversion)을 통하여 반지형(ring-type) 지지체 위에 약 40 μm 두께의 Na β"-alumina-3YSZ (Yttria-stabilized zirconia) 후막 전해질을 제조하였다. 고체 전해질의 표면 처리 공정이 배터리 성능에 미치는 영향을 조사하기 위해서, 고체 전해질의 표면을 건식 및 습식 공정으로 각각 세정한 후 나트륨/유황전지를 제작하여 배터리 특성을 분석하였다. 그 결과 건식 세정을 한 전해질을 이용한 전지의 경우 습식 세정을 이용한 전지보다 더 우수한 성능을 나타내었다. 따라서 고체 전해질의 표면 처리 공정은 계면 반응 뿐만 아니라 배터리 용량 및 쿨롱 효율에 중요한 영향을 미치는 것을 확인하였다.

In this study, we introduce a Na β"-alumina composite thick film as a solid electrolyte, to reduce the resistance of electrolyte for a Na/S battery. An alumina/zirconia composite material was used to enhance the mechanical properties of the electrolyte. A solid electrolyte of about 40 ㎛ thick was successfully fabricated through the conversion and tape-casting methods. In order to investigate the effect of the surface treatment process of the solid electrolyte on the battery performance, the electrolyte was polished by dry and wet processes, respectively, and then the Na/S batteries were prepared for analyzing the battery characteristics. The battery with the dry process performed much better than the battery made with the wet process. As a result, the battery manufactured by the dry process showed excellent performance. Therefore, it is confirmed that the surface treatment process of the solid electrolyte has an important effect on the battery capacity and coulombic efficiency, as well as the interface reaction.