KR102173937B1 - 가역적 나트륨 공기 이차전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 가역적 나트륨 공기 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 나트륨을 포함하는 음극부(Anode); 양극부(Cathode); 및 상기 음극부 및 양극부 사이에 나시콘(NASICON)을 포함하는 세라믹 기반 고체 전해질 분리막; 을 포함하는, 가역적 나트륨 공기 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

가역적 나트륨 공기 이차전지 및 이의 제조방법{sodium-air secondary battery and its manufacturing method}
본 발명은, 가역적 나트륨 공기 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
공기 금속 전지는 양극 활성 물질로서 이산화망간 등의 산화제 대신에 공기 중의 산소를 이용하여 아연 또는 알루미늄 등의 음극 활성 물질을 산화함으로써 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 전지이다.
공기 금속 전지는 종래의 수소 연료 전지에 비해 많은 장점들이 있다. 예를 들어, 나트륨, 아연과 같은 연료가 금속이나 그 산화물로서 풍부하게 존재할 수 있기 때문에 공기 금속 전지로부터 제공된 에너지 공급이 가시적으로 고갈되지 않는 장점이 있다. 특히 나트륨 공기 이차전지는, 지구상에 풍부한 자원인 나트륨을 이용하고, 음극에는 나트륨 금속 자체를 사용하여 고용량을 실현시킬 수 있으므로, 리튬 재료의 희소성 문제로 인해 대용량 전력저장용 이차전지로 대체 가능하다.
또한, 양극에는 공기에 포함되는 산소를 활물질로 사용하여 부피 측면에서도 효율적인 나트륨 공기 이차전지의 연구가 진행되고 있으나, 양극부의 수분이 음극부로의 침투로 인한 나트륨과의 부반응 및 불균일한 나트륨 이동에 의해 음극부에서 발생되는 덴드라이트(dendrite) 성장 현상으로 인해 현재 나트륨-공기 이차전지에서는 장수명 고효율을 실현시킬 수 없다는 문제점이 있다. 이에 따라, 음극부의 나트륨을 안전하고 효율적으로 보호하고, 수명을 개선시킬 수 있는 나트륨-공기 이차전지의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은, 나시콘(NASICON)을 포함하는 세라믹 기반 고체 전해질 분리막을 도입하여 고안정성을 갖는 나트륨 공기 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명은, 본 발명에 의한 나트륨 공기 이차전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 나트륨을 포함하는 음극부(Anode); 양극부(Cathode); 및 상기 음극부 및 양극부 사이에 나시콘(NASICON)을 포함하는 세라믹 기반 고체 전해질 분리막; 을 포함하는, 가역적 나트륨 공기 이차전지에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 음극부는, 나트륨 금속, 나트륨 산화물 또는 이 둘을 포함하는 음극을 포함하고, 상기 음극부는, 비양자성 액체 전해질을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 비양자성 액체 전해질은, NaCF3SO3, NaN(SO2F)2, Na2SiF6, NaSbF6, NaAlCl4, NaC(CF3SO2)3, NaN(CF3SO2)2, NaPF6, NaBF4 및 NaClO4 염으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막의 두께는, 0.7 mm 내지 1 mm 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막은, 양극부의 수분과 음극부의 음극의 접촉을 차단하는 것인 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막은 상기 음극부으로부터 형성되는 덴드라이트 성장을 억제하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나시콘은, 상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막은, 상기 음극부에서 성장된 덴드라이트 결정의 높이를 0.5 mm 이하로 억제하고, 상기 덴드라이트 결정이 양극부로 침투하는 것을 방지하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 나시콘은, Na-Zr-Si-P-O계의 복합산화물, Y 도핑된 Na-Zr-Si-P-O계의 복합산화물 및 Fe 도핑된 Na-Zr-Si-P-O계의 복합산화물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막은, 나시콘 필름, 나시콘 호일; 또는 나시콘, 전해액 및 겔화제를 포함하는 나시콘 겔 필름; 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 음극을 준비하는 단계; 양극을 준비하는 단계; 상기 음극 및 상기 양극 사이에 나시콘을 포함하는 세라믹 기반 고체 전해질 분리막이 삽입되도록 조립하는 단계; 를 포함하는, 가역적 나트륨 공기 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막과 양극 사이에 공기를 주입하고, 상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막과 음극 사이에 비양자성 액체 전해질을 주입하는 단계; 를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은, 세라믹 기반 고체 전해질 분리막을 이용하여 음극부 및 양극부를 구획화하여 양극부의 수분을 차단하여, 양극부의 수분과 음극부의 나트륨 금속과의 접촉을 방지하고, 음극부에서 발생하는 덴드라이트 성장을 억제할 수 있는, 가역적 나트륨 공기 이차전지를 제공할 수 있다.
본 발명은, 세라믹 기반 고체 전해질 분리막을 효율적인 이온 채널로 활용하고, 가역적 나트륨 공기 이차전지의 장수명 및 고효율을 실현시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 가역적 나트륨 공기 이차전지를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 가역적 나트륨 공기 이차전지의 a) 수분을 차단 효과 및 b) 덴드라이트(dendrite)를 억제 효과를 예시적으로 나타내 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 가역적 나트륨 공기 이차전지의 정전류법에 의한 충방전특성의 평가 결과를 나타낸 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은, 가역적 나트륨 공기 이차전지에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 세라믹 기반 고체 전해질 분리막을 적용하여, 음극부와 양극부를 구획화하여 전지 내의 부반응을 방지하여 전지의 수명 및 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 가역적 나트륨 공기 이차전지는 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 가역적 나트륨 공기 이차전지의 구성을 개략적을 나타낸 것으로, 상기 가역적 나트륨 공기 이차전지는, 음극부(Anode); 양극부(Cathode); 및 상기 음극부 및 양극부 사이에 나시콘(NASICON)을 포함하는 세라믹 기반 고체 전해질 분리막;을 포함할 수 있다.
상기 음극부는, 나트륨 금속, 나트륨 산화물, 나트륨-전이금속 산화물, 나트륨 합금, 나트륨 할로겐화물(NaX; X=halide) 중 적어도 하나를 포함하는 음극 활물질로 포함하는 음극을 포함할 수 있다. 바람직하게는 나트륨 금속을 포함할 수 있다. 상기 X는, 플루오르(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I) 등일 수 있다.
상기 음극은, 필름, 호일 등과 같은 기판 형태의 음극활성물질을 음극 전극으로 직접 사용하거나, 또는 분말 형태의 음극 활물질, 전해액 및 겔화제의 혼합물로 제조된 음극겔을 음극 전극으로 사용할 수 있다.
상기 음극겔은, 폴리아크릴산, 메틸렌(methylene), 디스아크릴아마이드(acrylamide), 에틸렌(ethylene), 1-디닐(1-dinil), 2-티롤리디올 등의 겔화제를 사용할 수 있다. 상기 음극겔은, 슈퍼-피(super-P), 아세틸렌 블랙(acetylene Black), 덴카 블랙(denka Black), 케첸 블랙(ketjen Black) 및 기상성장탄소섬유(VGCF, vapor grown carbon fiber) 등을 탄소 도전재를 더 포함할 수 있다.
상기 전해질은, 비양자성 액체 전해질 및 나트륨-함유 전도성 염을 포함할 수 있다. 상기 나트륨-함유 전도성 염은, NaCF3SO3, NaPF6, NaBF4, NaClO4, NaSbF6, NaAlCl4, NaAsF6, NaCF3SO3, (CnF2n+1SO2)mXNa의 염(X가 산소 및 황으로부터 선택되는 경우 m = 1, X가 질소 및 인으로부터 선택되는 경우 m = 2, X가 탄소 및 규소에서 선택되는 경우 m = 3), NaN(CnF2n+1SO2)2(n은 1 내지 20의 정수), NaC(CnF2n+1SO2)3, NaN(CF3SO2)2NaC, (CnF2n+1SO2)3, 나트륨 비스-(옥살라토)보레이트, 나트륨 다이플루오로(옥살레이트)보레이트, 나트륨 이미드 등일 수 있다. 바람직하게는 NaN(SO2F)2, Na2SiF6, NaSbF6, NaAlCl4, NaC(CF3SO2)3, NaN(CF3SO2)2, NaPF6, NaBF4 및 NaClO4일 수 있다.
상기 비양자성 액체 전해질은, 비양자성 전해질 용매를 포함하고, 예를 들어, 비양자성 액체 또는 중합체를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 비양자성 액체 또는 중합체는, 글리콜 다이에테르, 에틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 디프로필 카르보네이트, 에틸메틸 카르보네이트, 메틸프로필 카르보네이트, 메틸 이소프로필 카르보네이트, 메틸부틸 카르보네이트, 에틸프로필 카르보네이트, 에틸 이소프로필 카르보네이트, 에틸부틸 카르보네이트, 아세토나이트릴(Acetonitrile, ACN), 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(tetraethylene glycol dimethyl ether, TEGDME), 비닐렌 카르보네이트, 비양성자성 겔 중합체 등일 수 있다. 또한, 프로필렌 카르보네이트 및 부틸렌 카르보네이트 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 음극과 상기 세라믹 기반 전해질 분리막 사이에 비양자성 액체 전해질이 채워지거나 또는 상기 음극이 비양자성 액체 전해질이 함침될 수 있다. 상기 비양자성 액체 전해질은 상기 언급한 바와 같다.
상기 음극은, 단독으로 구성되거나 또는 다공성 지지체에 지지될 수 있다.
상기 다공성 지지체는, 합금 메쉬, 금속 메쉬, 탄소로 구성된 기체 확산 매질, 전기 전도성 섬유 등이며, 상기 다공성 지지체는 탄소계 물질로 코팅될 수 있다. 즉, 1 ㎛ 미만의 두께의 탄소계 물질 코팅층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 스테인레스 메쉬, Al 메쉬, Ti 메쉬, Ni 메쉬(mesh), Ni가 코팅된 Cu 메쉬, Al-Ti 합금 메쉬 등이고, 탄탈룸 필라멘트, 스테인리스강 필라멘트 또는 니켈 필라멘트를 포함하는 탄소 섬유 또는 탄소의 매트, 펠트 또는 섬유 부직웹 등일 수 있다.
상기 양극부는, 공기(예를 들어, 산소(O2))를 양극 활물질로 포함하는 양극을 포함할 수 있다. 상기 양극은, 촉매 입자 및 상기 촉매 입자를 지지하는 도전성 구조체(conductive structure)를 더 포함할 수 있다.
상기 공기는, 99.9 % 초과의 순도의 기체 형태의 산소 분자(O2)를 포함하고, 산소 단독 또는 비활성 기체와 상기 산소를 희석하여 형성될 수 있다.
상기 도전성 구조체는, 탄소계 물질을 포함하고, 상기 탄소계 물질은, 탄소 물질, 그래핀, 카본 블랙, 탄소나노튜브, 흑연, 비정질 탄소, 천연 흑연, 인조 흑연, 활성탄, MCMB(mesoCarbon microbead), 탄소 섬유(carbon fiber), 및 석탄 타르 피치(coal tar pitch), 석유계 피치(petroleum pitch) 및 유기 재료(organic material)를 원료로 열처리하여 만든 탄소계 물질로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 촉매 입자는, 귀금속, 전이 금속, 귀금속 산화물, 전이 금속 산화물, 탄화물, 페로브스카이트계 산화물 및기능화된 탄소계 재료(예를 들어, N 또는 P로 도핑되거나, 또는 산소 관능기를 갖는 탄소계 재료)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 루테늄, 이리듐, 백금, 팔라듐, 금, 은, 코발트, 구리, 철, 망간, 세륨, 니켈 및 몰리브덴 또는 이들의 산화물 등일 수 있다. 바람직하게는, MnO2, Ag, Co3O4, La2O3, LaNi03, NiCo2O4 및 LaMnO일 수 있다.
상기 양극은, 상기 언급한 양극 재료와 결합제를 혼합하여 양극 집전체 상에 도포한 이후 가압 성형, 또는 유기 용매 등을 사용하여 페이스트를 만든 후 이 페이스트를 집전체 상에 도포한 이후 프레스하여 고착화하는 방법으로 형성될 수 있다. 상기 결합제는, 열가소성 수지이며, 예를 들어, 폴리테트라플르오로에틸렌(PTFE), 불소화된 에틸렌 프로필렌(FEP), 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌, 사불화에틸렌, 불화비닐리덴계 공중합체, 육불화프로필렌 등의 불소 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지를 포함할 수 있다. 바람직하게는 소수성을 갖는 폴리테트라플르오로에틸렌(PTFE) 및 불소화된 에틸렌 프로필렌(FEP)일 수 있다.
상기 집전체는, 다공성 지지체이며, 상기 다공성 지지체는, 합금 메쉬, 금속 메쉬, 탄소로 구성된 기체 확산 매질, 전기 전도성 섬유 등이며, 상기 다공성 지지체는 탄소계 물질로 코팅될 수 있다. 즉, 1 ㎛ 미만의 두께의 탄소계 물질 코팅층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 스테인레스 메쉬, Al 메쉬, Ti 메쉬, Ni 메쉬(mesh), Ni가 코팅된 Cu 메쉬, Al-Ti 합금 메쉬 등이고, 탄탈룸 필라멘트, 스테인리스강 필라멘트 또는 니켈 필라멘트를 포함하는 탄소 섬유 또는 탄소의 매트, 펠트 또는 섬유 부직웹 등일 수 있다.
상기 유기 용매는, N, N-디메틸아미노프로필아민, 디에틸트리아민 등의 아민계; 에틸렌옥시드, 테트라히드로푸란 등의 에테르계; 메틸에틸케톤 등의 케톤계; 아세트산메틸 등의 에스테르계; 디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈 등의 비양성자성 극성 용매 등일 수 있다.
상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막은, 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 가역적 나트륨 공기 이차전지의 a) 수분을 차단 효과 및 b) 덴드라이트 (dendrite)를 억제 효과를 예시적으로 나타내 것이다.
상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막은, 이온 채널로 이용되고, 양극부의 수분을 차단하여 음극부의 음극과 수분이 접촉되는 것을 방지하고, 덴드라이트의 성장을 억제하여 전지의 수명 및 효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 상기 음극부으로부터 형성되는 덴드라이트 성장을 억제하는 것으로, 이는 상기 음극부에서 성장된 덴드라이트 결정의 높이를 0.5 mm 이하로 억제하여 상기 덴드라이트 결정이 양극부로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
상기 나시콘은, 나트륨초이온전도체(Na super ionic conductor, NaSICON)이며, Na-Zr-Si-P-O계의 복합산화물, Y 도핑된 Na-Zr-Si-P-O계의 복합산화물 및 Fe 도핑된 Na-Zr-Si-P-O계의 복합산화물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, Na3Zr2Si2PO12, Na1+xSixZr2P3-xO12(1.6<x<2.4인 실수), Y 또는 Fe가 도핑 Na3Zr2Si2PO12, Y 또는 Fe 도핑된 Na1+xSixZr2P3-xO12(1.6<x<2.4 인 실수)일 수 있다. 상기 나시콘은, β알루미나 또는 β알루미나와 더 혼합되어 적용될 수 있다.
상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막은, 필름, 호일 등과 같은 나시콘 기판 형태로 적용되거나 또는 나시콘 분말 및 겔화제의 겔제형의 필름으로 적용될 수 있다. 상기 겔화제는 상기 언급한 바와 같다.
상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막은, 3 내지 3.2 g cm-3 의 밀도 및 1 mm 이하; 0.01 mm 내지 1 mm; 또는 0.7 mm 내지 1 mm의 두께를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 가역적 나트륨 공기 이차전지는 용도에 따라 다양한 형태로 변형 가능하고, 코인형 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 가역적 나트륨 공기 이차전지는, 자동차, 전기 자전거, 비행기, 선박 등에 적용될 수 있고, 대형 디바이스의 전원인 전지모듈의 단위 전지 및 중대형 디바이스의 전원인 전지모듈의 단위 전지로 적용될 수 있다. 상기 중대형 디바이스는, 전기적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차(Electric Vehicle, EV); E-바이크(E-bike), E-스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 또는 전기 골프 카트(electric golf cart) 등일 수 있다.
본 발명은, 본 발명에 의한 가역적 나트륨 공기 이차전지의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 음극을 준비하는 단계; 양극을 준비하는 단계; 및 음극, 양극 및 나시콘을 포함하는 세라믹 기반 고체 전해질 분리막을 조립하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 음극을 준비하는 단계 및 양극을 준비하는 단계는, 상기 언급한 양극 및 음극 재료를 이용하여 음극 및 양극을 제조하고, 액체 전해질로 함침될 수 있다.
상기 음극, 양극 및 나시콘을 포함하는 세라믹 기반 고체 전해질 분리막을 조립하는 단계는, 상기 양극 및 음극 사이에 나시콘을 포함하는 세라믹 기반 고체 전해질 분리막을 삽입하여 샌드위치 방식으로 이들을 조립하여 가역적 나트륨 공기 이차전지를 제조하는 단계이다.
상기 조립하는 단계는 이후에 상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막과 양극 사이에 공기를 주입하고, 상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막과 음극 사이에 비양자성 액체 전해질을 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
전지 조립
나트륨 금속 호일(두께; 0.5 mm), 나시콘 분리막(두께: 1 mm, 성분: Na3Zr2Si2PO12), 음극(나트륨 금속) 및 액체 전해질(전해질 용매 (TEGDME, DME, 15ml) 및 전도성 염(NaCF3SO3, 2.58 g)을 준비하고 이들을 조립하여 도 1의 나트륨 공기 이차전지를 제조하였다.
전지 시험
순환 시스템을 사용하여 정전류법으로 전지의 성능을 평가하여 도 4에 나타내었다. 도 4를 살펴보면, 본 발명은, 가역용량 및 초기충반전 효율 등의 전기적 특성이 향상된 고효율의 가역적 나트륨 공기 이차전지의 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
본 발명은, 나시콘 고체 전해질막을 이용하여 음극부 및 양극부를 구획화하여 양극부의 수분과 음극부의 나트륨 금속과의 접촉을 방지하고, 음극부에서 발생하는 덴드라이트 성장을 억제하여 기존의 나트륨 이차전지의 안정성 문제를 해결할 수 있고, 장수명 및 고효율을 갖는 전지를 제공할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (11)

  1. 나트륨을 포함하는 음극부(Anode);
    양극부(Cathode); 및
    상기 음극부 및 양극부 사이에 나시콘(NASICON)을 포함하는 세라믹 기반 고체 전해질 분리막;
    을 포함하고,
    상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막의 밀도는, 3 내지 3.2 g cm-3 의 밀도이고,
    상기 음극부는, 비양자성 액체 전해질을 포함하고,
    상기 비양자성 액체 전해질은, NaN(SO2F)2, Na2SiF6, NaSbF6, NaAlCl4, NaC(CF3SO2)3, NaN(CF3SO2)2, NaPF6, 및 NaBF4으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것인,
    가역적 나트륨 공기 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 음극부는, 나트륨 금속, 나트륨 산화물 또는 이 둘을 포함하는 음극을 포함하는 것인,
    가역적 나트륨 공기 이차전지.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막의 두께는, 0.7 mm 내지 1 mm인 것인,
    가역적 나트륨 공기 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막은, 양극부의 수분과 음극부의 음극의 접촉을 차단하는 것인,
    가역적 나트륨 공기 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막은 상기 음극부으로부터 형성되는 덴드라이트 성장을 억제하는 것인,
    가역적 나트륨 공기 이차전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막은, 상기 음극부에서 성장된 덴드라이트 결정의 높이를 0.5 mm 이하로 억제하고, 상기 덴드라이트 결정이 양극부로 침투하는 것을 방지하는 것인,
    가역적 나트륨 공기 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 나시콘은, Na-Zr-Si-P-O계의 복합산화물, Y 도핑된 Na-Zr-Si-P-O계의 복합산화물 및 Fe 도핑된 Na-Zr-Si-P-O계의 복합산화물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것인,
    가역적 나트륨 공기 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막은, 나시콘 필름, 나시콘 호일; 또는 나시콘, 전해액 및 겔화제를 포함하는 나시콘 겔 필름; 인 것인,
    가역적 나트륨 공기 이차전지.
  10. 음극을 준비하는 단계;
    양극을 준비하는 단계;
    상기 음극 및 상기 양극 사이에 나시콘을 포함하는 세라믹 기반 고체 전해질 분리막이 삽입되도록 조립하는 단계;
    를 포함하고,
    제1항의 가역적 나트륨 공기 이차전지의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막과 양극 사이에 공기를 주입하고, 상기 세라믹 기반 고체 전해질 분리막과 음극 사이에 비양자성 액체 전해질을 주입하는 단계; 를 더 포함하는 것인,
    가역적 나트륨 공기 이차전지의 제조방법.
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