As interest in environmental protection grows, efforts have been made to replace existing fossil fuels with renewable energy sources including lithium ion batteries which has been studied most actively. Due to the rapidly growing battery market, the price of lithium increased rapidly Considering the economical aspect, the sodium ion battery which is cheaper than the lithium ion battery is attracting attention as the next generation battery. In addition to the cost of batteries, safety is an important issue. Conventional organic liquid electrolytes used mainly in batteries are flammable. So, for safe operation of the battery, conversion from liquid electrolytes to non-flammble inorganic solid electrolytes is required. Na superionic conductor (NASICON) is one of the promising candidates with high conductivity and stability. In this study, we introduced novel solid electrolytes $Na_3Zr_2Si_2PO_{12}$ with NASICON structure, substituted with potassium. From the results of the structural analysis using Rietveld refinement, it was found that the size of the sodium channel tends to increase with increasing potassium concentration. Using the lattice parameter data, it was confirmed that the higher the potassium concentration, the larger the total volume. The ionic conductivity was measured using electrochemical impedance spectroscopy to see if the expansion of the sodium channel actually affected the electrical properties. When the concentration of potassium was 0.1 mol, the highest ionic conductivity of 7.734 x $10^{-4}$ S/cm was obtained. However, when the concentration of potassium was higher than that, the ion conductivity decreased again due to the decrease in the amount of sodium as a charge carrier.
환경 보호에 대한 관심이 커지면서 기존의 화석 연료를 리튬이온 배터리와 같은 재생 가능한 에너지원으로 대체하기 위한 노력이 활발해졌다. 빠르게 성장하는 배터리 시장으로 인해 리튬 이온 배터리의 원자재인 리튬 가격 또한 급속히 상승했고, 리튬 이온 배터리를 대체할 수 있는 저렴한 대체제가 필요하게 되었다. 리튬 이온 배터리에 비해 상대적으로 저렴한 나트륨 이온 배터리는 차세대 배터리로 주목받고 있다. 배터리의 관한 여러 이슈 중, 배터리의 비용적인 측면 외에도 안전성에 관한 논의는 중요한 문제로 여겨지고 있다. 현재 주로 배터리에 사용되는 유기 액체 전해질은 인화성 물질이기 때문에 배터리의 안전한 작동을 위해서는 액체 전해질에서 비인 화성인 무기 고체 전해질로의 전환이 필요하다. Na superionic conductor (NASICON)은 높은 이온 전도성과 안정성을 가진 유망한 나트륨 이온 배터리용 고체 전해질 후보 중 하나이다. 본 연구에서는 칼륨으로 치환된 NASICON 구조를 가진 고체 전해질 $Na_3Zr_2Si_2PO_{12}$를 도입하였다. 리트벨트 분석법을 이용한 구조 분석 결과, 칼륨의 농도가 높아질수록 나트륨 채널의 크기가 확대된다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 격자 상수 값을 이용하여 단위 격자의 부피를 계산한 결과, 마찬가지로 칼륨 농도가 높아질수록 증가하는 것을 확인하였다. 나트륨 채널의 크기가 실제로 NASICON 고체 전해질의 전기적 특성에 영향을 주는지 확인하기 위해 전기화학적 임피던스 분광법을 사용하여 이온 전도도를 측정하였다. 이 때, 칼륨의 농도가 0.1몰일 때 7.734 x $10^{-4}$ S/cm의 가장 높은 이온 전도도를 보였다. 하지만, 칼륨의 농도가 더 커지기 되면, 전하 운반체의 역할을 하는 나트륨의 양이 감소하기 때문에 이온 전도도 값이 다시 감소하는 결과를 보였다.
