최근 나트륨-이온 배터리(SIBs)는 천연 자원의 풍부함과 저비용성 덕분에 기존의 리튬-이온 배터리의 잠재적 대안으로서 상당한 주목을 받고 있다. 이러한 장점은 전기자동차 및 그리드 수준의 에너지 저장 시스템과 같은 대규모 에너지 저장 응용에 SIB를 특히 매력적으로 만들며, 해당 응용은 높은 에너지 밀도를 갖는 배터리를 요구한다. 그러나 이러한 응용은 양극, 음극, 전해질과 같은 핵심 물질들의 용량과 안정성이 동시에 확보되어야 한다는 점에 달려 있다. 본 연구에서는 고용량 합금 또는 전환형 물질과 탄소계 또는 세라믹 물질로 구성된 이종구조 음극을 제안하여 고용량 및 탄소계 음극에서의 문제를 해결하고자 한다. 이종구조 음극은 물질/전극의 견고성을 안정화하고 전극-전해질 계면을 조절하며 반응 동역학을 향상시키도록 설계되어, 고용량/고성능 음극 구현을 가능하게 한다. 다양한 음극의 전기화학적 반응/열화 메커니즘을 포괄적인 물리화학적/전기화학적 특성 분석과 사후(실패 후) 분석을 통해 심층적으로 조사하였다. 개발된 음극과 기존의 양극을 조합하여 조립한 전지(풀 셀)는 안정적인 성능을 나타내어 실제 응용 가능성을 보여주었다. 또한 이종구조 엔지니어링 전략은 실용적인 고에너지 밀도 SIB의 음극 설계에 대한 지침을 제공한다.

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