연구원들이 수용성 아연을 개발하다

아연 양극을 기반으로 한 수성 충전용 배터리는 본질적인 안전성, 무독성, 비용 효율성 및 뛰어난 출력 덕분에 기존 리튬 이온 배터리를 대체할 수 있는 가장 유망한 시스템 중 하나입니다.

포항공과대학교(POSTECH) 연구팀이 물을 전해질로 사용하는 안정적인 수계 아연이온 전지를 개발했다. 그들은 전극 부식을 방지하고 아연 양극의 안정성을 높이기 위해 보호 폴리머 층을 사용하여 수성 아연 이온 배터리의 전기화학적 안정성을 향상시켰습니다.

경량, 고용량 리튬 이온 배터리는 오늘날 휴대폰, 노트북 및 기타 필수품에 널리 사용됩니다. 그러나 기존 리튬이온 배터리에 사용되는 전해액은 본질적으로 가연성이 있어 치명적인 화재나 폭발로 이어질 수 있습니다. 이러한 사고는 사용자에게 직접적인 피해를 줄 수 있습니다.

이 문제를 해결하기 위해 불연성 수성 전해질 배터리가 유망한 대체품으로 개발되고 있습니다. 그러나 아연 수지상 결정과 표면 부반응으로 인해 수성 전해질에서 아연 양극의 열악한 가역성은 아연 이온 배터리의 실제 구현을 제한합니다.

포스텍 연구팀은 아연이온전지의 가역성을 높이기 위해 블록공중합체를 이용해 다기능 보호층이 코팅된 아연 양극을 개발했다. 새로운 폴리머 층은 탄력 있고 신축성이 있어 배터리 충전 및 방전 중에 부피 팽창이 지속됩니다.

폴리머 보호층은 균질화된 이온 분포를 유도하고 수지상 성장을 억제하여 장기적인 아연 양극 수명에 기여하는 것으로 밝혀졌습니다. 또한, 박막층은 전극 표면의 전해액에서 불필요한 화학/전기화학적 반응을 억제하여 전극 안정성을 향상시킵니다.

실험실 실험에서 코팅된 아연 양극은 장기간의 대칭 셀 수명으로 탁월한 안정성을 나타내며 산화망간 음극과 함께 2,500주기 후에도 80%의 용량 유지를 유지합니다. 또한 연구진은 TOF-SIMS(Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry) 분석을 이용해 코팅층 내 아연 이온의 움직임을 규명했다.

본 연구는 고성능 아연 이온 배터리 개발을 합리화하기 위한 손쉬운 제조 공정과 접근 가능한 분석 방법을 제공합니다.

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