최근에 자원이 부족하고 가격이 높은 리티움대신 나트리움을 리용하는 나트리움이온축전지를 개발하고 대용량에네르기저장체계를 실현하기 위한 연구사업이 활발히 벌어지고있다.
연구에서는 제1원리계산을 통하여 나트리움이온축전지 양극재료인 NaFeCl4(NFC)의 형성에네르기와 전극전압을 계산하였다.
먼저 NaFeCl4의 결정구조와 나트리움삽입 및 탈착구조들을 가정하고 구조최적화를 진행하였다.
나트리움이온의 삽입/탈착과정에 의한 충방전을 모의하기 위하여 단위포를 c축방향으로 2배만큼 확장하여 8개의 구조단위와 48개의 원자를 가진 초세포를 구성하였다.
다음으로 이 화합물에서 나트리움삽입량에 따르는 중간상들의 형성에네르기를 계산하고 그에 기초하여 전극전압을 계산하였다.
제1원리계산은 의포텐샬평면파방법에 기초한 프로그람인 Quantum ESPRESSO 7.2를 리용하여 진행하였다. 이때 평면파절단에네르기는 50Ry로 하고 2×2×2k-점그물을 리용하였으며 교환-상과포텐샬로서는 PBE범함수를 리용하였다. NFC에서 전극전압은 비교적 높고 넓고 평평한 구간이 3.44V정도에서 나타나는데 이로부터 이 재료가 나트리움이온축전지 양극재료로 리용될수 있다는것을 밝히였다.
연구결과는 잡지 《Royal Society of Chemistry》에 《First-principles study of the electrochemical properties of NaFeCl4 for cathode applications in sodium-ion batteries》(https://doi.org/10.1039/d5ra06124e)의 제목으로 출판되였다.
