소듐 고체 배터리를 위한 새로운 공식

((a) Schematics of the evolution from the sodium hafnium halide to sodium hafnium chalcohalide. The comparison between the Na-Hf-Cl and Na-Hf-S-Cl in terms of the b) ionic conductivity, c) TGA curve. The nanoindentation load-displacement curve of d) Na-Hf-S-Cl and e) Na-Hf-Cl. Credit: Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202516657)

현재 배터리의 대세는 리튬 이온 배터리이지만, 리튬 자체가 비싸고 화재 위험성이 있다는 점이 큰 단점입니다. 따라서 리튬 배터리라도 전고체 배터리나 혹은 아예 소듐 (나트륨)으로 원소를 바꾼 소듐 배터리가 대안으로 한창 개발 중에 있습니다. 소듐 배터리의 경우 현재 시제품들이 나와서 상용화가 진행되는 단계입니다.

그런데 사살 소듐 배터리 역시 전고체 배터리가 가능합니다. SSS (Solid state sodium battery)의 연구는 아직 실험실 단계이지만, 더 밀도가 높고 화재 위험도가 더 낮은 배터리를 개발할 수 있는 만큼 연구가 진행되고 있습니다. 캐나다 웨스턴 대학의 양 자오 교수 (Dr. Yang Zhao, professor in the Department of Mechanical and Materials Engineering at Western) 연구팀은 전고체 소듐 배터리의 가능성을 높인 새로운 조합을 발견했습니다.

전고체 배터리의 큰 장벽은 고체 상태의 전해질을 이온들이 통과하기 힘들다는 것입니다. 이 문제는 이온이 더 큰 소듐의 경우 더 커집니다. 연구팀은 황과 염소 같은 흔한 원소를 혼합해 소듐 이온이 음극과 양극 사이를 더 쉽게 이동하도록 만들었습니다. 그리고 이 모습을 사스캐처원 대학의 캐나다 광원 (Canadian Light Source (CLS) at the University of Saskatchewan) 장치를 통해 관찰했습니다.

(동영상)

물론 현재까지는 기초 연구이고 아직 갈 길이 먼 상태이지만, 양 자오 교수는 소듐 전고체 배터리 미래를 낙관하고 있습니다. 소듐이 매우 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 원료인데다 가장 큰 문제인 화재 위험성이 훨씬 낮기 때문입니다. 앞으로의 연구 결과가 기대됩니다.

참고

https://techxplore.com/news/2025-11-solid-state-sodium-batteries-safer.html

Zhi Liang Dong et al, Design of Sodium Chalcohalide Solid Electrolytes with Mixed Anions for All‐Solid‐State Sodium‐Ion Batteries, Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202516657

Zhi Liang Dong et al, Novel Sulfide‐Chloride Solid‐State Electrolytes with Tunable Anion Ratio for Highly Stable Solid‐State Sodium‐Ion Batteries, Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202503107

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