Sodium oxygen ($Na-O_2$) battery is one of a promising battery system with its high theoretical energy density. However, $Na-O_2$ battery has low cyclability because it uses reactive sodium metal as a negative electrode material. Therefore, protecting sodium metal is an essential part for a development of $Na-O_2$ battery. Solid electrolyte interphase (SEI), which forms on sodium metal when it makes contact with an electrolyte, plays an important role to govern a stability of sodium metal. In this study, we investigated the effect of SEI layer on sodium metal on the stability of battery components and its performance by differentiating the electrolyte. 0.5 M sodium hexafluorophosphate ($NaPF_6$) in diethylene glycol dimethyl ether (G2) constructed stable SEI layer containing sodium fluoride (NaF) while sodium trifluoromethanesulfonate (NaOTf) in G2 did not. Furthermore, $Na-O_2$ battery with $NaPF_6/G2$ electrolyte showed stable battery components in open circuit voltage and higher cyclability in $Na-O_2$ battery. Moreover, the stability of the discharge product was higher when $NaPF_6/G2$ electrolyte was used than when NaOTf/G2 electrolyte was used. Through the studies on the reaction among the discharge product, the electrolyte, and electrodes, we could understand the stability and the performance of $Na-O_2$ battery system.
소듐-산소 전지는 높은 이론적 에너지 밀도를 바탕으로 주목받는 전지 형태 중 하나다. 하지만, 이 전지는 반응성이 높은 소듐 금속을 음극으로 사용하기 때문에 충방전 성능이 낮다. 그러므로 소듐 금속을 보호할 수 있다면 높은 충방전 성능을 기대할 수 있다. 소듐 금속이 전해질과 만나 생성되는 고체 전해질 계면은 소듐 금속의 안정성을 결정하는 데 중요한 역할을 한다. 이 연구에서 우리는 전지의 전해질을 조절함으로써 소듐 금속 표면에 생성된 고체 전해질 계면이 전지의 안정성과 성능에 어떤 영향을 미치는지 알아보았다. 소듐 헥사플로로포스페이트를 다이글라임과 섞은 전해질은 소듐 금속 표면에 불화소듐을 포함하는 안정한 고체 전해질 계면을 생성함을 알 수 있었으며 이 전해질을 사용한 소듐-산소 전지는 높은 화학적 안정성과 충방전 성능을 보여주었고, 방전생성물의 안정성도 높았다. 본 연구를 통해 전지 내부 물질간의 반응을 전반적으로 이해함으로써 소듐-산소 전지의 안정성과 성능을 이해할 수 있었다.
