Raney Ni(R-Ni) 전극은 알칼리 수전해(AWE)에서 수소발생반응 촉매로 사용된다. 그러나 역전류 유도 산화와 H2 기포로 인한 촉매 손상 때문에 내구성이 낮다. 역전류는 Ni 상(phase) 변화를 유발하고 기계적 응력을 초래하여 촉매 박리(delamination)를 일으키는 한편, 기포는 활성 부위를 차단하여 저항을 증가시키고 구조적 손상을 유발한다. 이러한 문제들은 각각은 해결되어 왔으나 동시에 해결된 바는 없다. 본 연구에서는 두 가지 도전 과제를 모두 극복하기 위해 R-Ni 전극 위에 P 도핑된 Ni(NiP) 보호층을 도금(전착)하였다. NiP 보호층은 산화를 억제하여 Ni 상 변화를 감소시키고 촉매 박리를 방지한다. 향상된 표면 젖음성(wettability)은 핵생성을 최소화하고 기포의 빠른 탈착을 촉진하여 기포 관련 손상을 감소시킨다. 전기화학적 시험 결과, NiP/R-Ni는 −400 mA cm−2에서 R-Ni보다 과전압(overpotential)이 26 mV 낮아 더 높은 촉매 활성을 나타낸다. 가속 열화 시험(ADTs)은 NiP/R-Ni 촉매층의 잔존성을 보여주며, ADT 후 과전압이 25 mV만 증가하여 R-Ni보다 현저히 적다. 실시간 임피던스 분석은 NiP/R-Ni에서 작고 빠르게 탈착되는 기포의 존재를 보여준다. 전반적으로 R-Ni 위의 NiP 보호층은 역전류와 H2 기포로 유발되는 열화를 동시에 완화하여 AWE 동안 촉매 활성과 내구성을 향상시킨다. • Raney-Ni(R-Ni) 전극을 위한 P 도핑 Ni(NiP) 보호층을 제안하였다. • NiP 층은 역전류와 수소 기포의 영향을 완화한다. • 제안된 NiP/R-Ni 전극은 높은 촉매 활성과 내구성을 달성한다.

Raney Ni(R-Ni) 전극은 알칼리 수전해(AWE)에서 수소발생반응 촉매로 사용된다. 그러나 역전류 유도 산화와 H2 기포로 인한 촉매 손상 때문에 내구성이 낮다. 역전류는 Ni 상(phase) 변화를 유발하고 기계적 응력을 초래하여 촉매 박리(delamination)를 일으키는 한편, 기포는 활성 부위를 차단하여 저항을 증가시키고 구조적 손상을 유발한다. 이러한 문제들은 각각은 해결되어 왔으나 동시에 해결된 바는 없다. 본 연구에서는 두 가지 도전 과제를 모두 극복하기 위해 R-Ni 전극 위에 P 도핑된 Ni(NiP) 보호층을 도금(전착)하였다. NiP 보호층은 산화를 억제하여 Ni 상 변화를 감소시키고 촉매 박리를 방지한다. 향상된 표면 젖음성(wettability)은 핵생성을 최소화하고 기포의 빠른 탈착을 촉진하여 기포 관련 손상을 감소시킨다. 전기화학적 시험 결과, NiP/R-Ni는 −400 mA cm−2에서 R-Ni보다 과전압(overpotential)이 26 mV 낮아 더 높은 촉매 활성을 나타낸다. 가속 열화 시험(ADTs)은 NiP/R-Ni 촉매층의 잔존성을 보여주며, ADT 후 과전압이 25 mV만 증가하여 R-Ni보다 현저히 적다. 실시간 임피던스 분석은 NiP/R-Ni에서 작고 빠르게 탈착되는 기포의 존재를 보여준다. 전반적으로 R-Ni 위의 NiP 보호층은 역전류와 H2 기포로 유발되는 열화를 동시에 완화하여 AWE 동안 촉매 활성과 내구성을 향상시킨다. • Raney-Ni(R-Ni) 전극을 위한 P 도핑 Ni(NiP) 보호층을 제안하였다. • NiP 층은 역전류와 수소 기포의 영향을 완화한다. • 제안된 NiP/R-Ni 전극은 높은 촉매 활성과 내구성을 달성한다.

• 향상된 성능을 위해 새로운 고엔트로피 NaNi 0.3 Fe 0.1 Mn 0.3 Cu 0.1 Al 0.05 Ti 0.15 O 2 (NFMCAT) 양극을 개발하였다. • NFMCAT는 고전압 조건에서도 바람직하지 않은 상(phase) 전이를 효과적으로 억제하였다. • NFMCAT는 향상된 Na⁺ 동역학 성능에 기인하여 우수한 사이클 안정성 및 높은 율(rate) 성능을 나타냈다. • in situ XRD는 NFMCAT에서 격자 매개변수 변화의 완화를 확인하여 향상된 구조적 안정성을 보장하였다. • NFMCAT는 전지(full cell) 시험에서 뛰어난 성능을 보였으며, 그 실용적 적용 가능성을 확인하였다. O3형 층상 구조를 갖는 나트륨이온전지(SIB) 양극은 유망한 이론적 용량과 경제성을 지닌다. 그러나 사이클링 동안 발생하는 바람직하지 않은 상 전이와 구조적 불안정성으로 인해 사이클 안정성이 낮아, 실제 적용을 제한한다. 이러한 문제를 극복하기 위해, 순수한 NaNi 0.4 Fe 0.25 Mn 0.35 O 2 (NFM) 구조에 Cu 2+ , Al 3+ , Ti 4+ 이온을 도입하는 고엔트로피 전략을 적용하여 새로운 고엔트로피 NaNi 0.3 Fe 0.1 Mn 0.3 Cu 0.1 Al 0.05 Ti 0.15 O 2 (NFMCAT) 양극을 설계하였다. 전기화학적 시험 결과, NFMCAT는 0.1C에서 최초 방전 용량 134.6 mAh g −1을 달성하였고, 2C에서 200사이클 후에도 용량의 88%를 유지하였다. GITT, CV, EIS 분석을 통해 Na + 확산 동역학이 개선되었음이 입증되었다. 또한 in situ X-ray 회절은 상 전이 동안 격자 변형(lattice strain)이 감소함을 확인하였다. 경질탄소(hard carbon) 음극을 사용한 전지 평가에서는 우수한 율 성능과 내구성이 나타났으며, 2C에서 500사이클 후 용량의 약 73.2%를 유지하였다. 본 연구는 SIB의 성능을 향상시키기 위해 안정적이고 고성능의 양극 재료를 개발하는 데 고엔트로피 개질의 잠재력이 있음을 보여준다.