고속 충·방전이 가능한 니켈 헥사시아노페레이트 양극 활물질 제조 방법, 양극 활물질 및 수용액 소듐 이온 배터리

구연산나트륨 킬레이트 적하 합성으로 결정수를 줄인 고율속 수계 소듐 양극재

본 기술은 니켈(Ni) 전구체와 킬레이트제인 구연산나트륨을 담은 제1 용액을 헥사시아노철(Fe(CN)6) 전구체가 담긴 제2 용액에 적하하여 니켈 헥사시아노페레이트(NiHCF)를 합성하는 기술입니다. 구연산염으로 결정 내 수분과 철 공공(Fe vacancy)을 제어하고, 적하 방식으로 입자의 형상과 물성을 최적화합니다.

기존 NiHCF 양극활물질은 결정 내부에 포함된 결정수와 철 공공(Fe vacancy) 때문에 구조가 불안정했습니다. 이로 인해 전기화학적 비용량과 율속 특성이 함께 저하되는 문제가 있었습니다.

본 기술은 NiNO3와 구연산나트륨(C6H5Na3O7)을 포함한 제1 용액을 K4Fe(CN)6 용액에 적하하되, 구연산염 농도를 0.1 M 수준으로 최적화해 Ni2+와 H2O의 결합을 억제하도록 구성됩니다. 그 결과 격자 내 배위 결합수와 Fe vacancy가 줄고 결정성이 높아져 80 mAh/g 이상의 비용량과 82% 이상의 율속 특성을 확보합니다. 수용액 전해질 기반 소듐 이온 배터리, 재생에너지 연계 정치형 저장장치, 순간 고출력이 필요한 주파수 조정용 설비 등에 적용될 수 있어 리튬·코발트 없이 불연성 수계 시스템에서 빠른 충·방전을 실현할 수 있습니다.

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Key Features:

• 0.02 내지 0.04 M의 NiNO3와 0.02 내지 0.1 M의 C6H5Na3O7를 포함하는 제1 용액
• Na4Fe(CN)6 또는 K4Fe(CN)6을 0.02 내지 0.04 M 농도로 포함하는 제2 용액
• 제1 용액을 제2 용액 내로 적하하여 니켈 헥사시아노페레이트를 합성하는 적하 단계
• 0.1 A·g-1 대비 10 A·g-1에서 82% 초과 용량을 유지하며 80 mAh·g-1 초과 비용량을 갖는 양극활물질

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