O3층상 양극재 이중 도핑 통한 안정화

고에너지 밀도 나트륨 이온 배터리 구현을 위해 고전압 구동 시 안정적인 사이클 성능과 효율적인 이온 추출/삽입 동역학 확보가 중요하다. O3층상 산화물 양극재는 높은 비축전용량과 성숙한 합성 공정으로 주목받지만, 상전이로 인한 응력 축적, 느린 나트륨 이온 확산, 고전압에서의 격자 산소 산화 등 고질적인 한계에 직면한다. 본 연구에서는 합리적으로 설계된 이중 원소 도핑 전략을 통해 O3층상 산화물의 고전압 한계를 극복한 Na(Ni1/3Fe1/3Mn1/3)0.98Al0.02B0.02O2 소재를 제안한다. 전이 금속 층에 Al3+를 도핑하여 TM-O 결합을 강화하고 층간 미끄러짐 및 상전이를 억제한다. 동시에 전이 금속 층과 산소 층 사이의 격자간 위치에 B3+를 도핑하여 강력한 B-O 공유 결합을 통해 격자 산소를 안정화하고, 반응성 산소에 의한 전해질 과분해를 방지한다. 이러한 이중 원소 도핑은 Na-O 층간 간격을 확장하고 c/a 비율을 높여 나트륨 이온 확산 동역학을 시너지 효과로 향상시킨다. 결과적으로 Na(Ni1/3Fe1/3Mn1/3)0.98Al0.02B0.02O2 양극재는 안정적이고 가역적인 나트륨 저장 구조를 보이며, 고율 충방전 성능과 사이클 안정성을 크게 개선한다. 이 연구에서 제시된 벌크-계면 시너지 결합 에너지 공학은 나트륨 이온 배터리용 고전압 양극재 개발에 새로운 관점을 제공한다.