마실 물? 아니, 배터리용 물
날짜:
2022년 11월 2일
원천:
포항공과대학교(POSTECH)
요약:
한 연구팀이 아연 양극을 기반으로 하는 수성 이차 전지를 개발합니다. 배터리 안정성을 향상시키는 고분자 인공 계면.
공기 없이 3분, 물 없이 3일을 살 수 있을까? 배터리 없이는 어떻습니까? 3시간 동안 배터리가 없다고 상상해 보십시오. 가볍고 고용량인 리튬 이온 배터리는 오늘날 휴대폰, 노트북 및 기타 필수품에 널리 사용됩니다. 그러나 기존 리튬 이온 배터리의 유기 전해질은 가연성이 높아 치명적인 화재나 폭발로 이어집니다. 리튬이온 배터리가 우리 생활에 널리 사용됨에 따라 이러한 사고는 사용자에게 직접적인 피해를 줄 수 있어 보다 안전한 배터리 시스템에 대한 요구로 이어지고 있습니다.
포항공과대학교 화학과 박수진 교수, 송규진 박사후연구원(Post-doc), 포스텍 신소재공학부 이상엽 박사과정생이 함께 물을 전해질로 사용하는 안정적인 수계 아연이온 전지를 개발했다. 그들은 보호 폴리머 층을 사용하여 전극 부식을 방지하고 아연 양극의 안정성을 증가시켜 수성 아연 이온 배터리의 전기화학적 안정성을 향상시켰습니다.
일반적인 배터리 시스템 내부에서 이온이 이동하는 매개체 역할을 하는 유기 용매 기반 전해질은 본질적으로 가연성이 있어 폭발이나 화재의 위험이 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 유망한 대체품으로 수계 전해질 전지가 개발되고 있습니다. 그러나 아연 덴드라이트와 표면 부반응으로 인해 수성 전해질에서 아연 양극의 열악한 가역성으로 인해 아연 이온 배터리를 사용할 수 없었습니다.
POSTECH 연구팀은 블록 공중합체를 이용해 다기능 보호층이 코팅된 아연 양극을 개발했다. 이 새로운 폴리머 층은 신축성과 신축성이 있어 배터리 충전 및 방전 중에 부피 팽창을 견뎌냅니다.
폴리머 보호층은 균질화된 이온 분포를 유도하고 수지상 성장을 억제하여 장기 아연 양극 수명에 기여하는 것으로 밝혀졌습니다. 박막층은 또한 전극 표면의 전해질에서 불필요한 화학/전기화학 반응을 억제하여 전극 안정성을 향상시킵니다.
또한 연구진은 TOF-SIMS(Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry) 분석을 통해 코팅층 내 아연 이온의 움직임을 밝혀냈다. 이전 연구에서 성공하지 못한 아연 이온 이동을 이미징하면 배터리 양극의 표면 특성에 대한 추가 연구가 가능합니다.
이번 연구는 한국연구재단 나노·소재기술개발사업의 지원을 받아 최근 셀리포트 물리과학 에 게재됐다.
출처 : https://www.sciencedaily.com/