아연-아이오딘 전지 이중 전극 계면 조절

아연-아이오딘(Zn-I₂) 전지는 대규모 에너지 저장 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있으나, 아이오딘 전환 제어의 어려움, 폴리아이오딘 셔틀 효과, 예측 불가능한 아연 증착 형태, 그리고 계면 반응 속도 불균형으로 인해 상용화에 제약이 있었습니다. 특히, 양극과 음극 계면에서의 복합적인 문제가 해결되지 못했습니다. 본 연구에서는 베타인(Bet) 첨가제를 이중 전극 계면 조절제로 도입하여 양극과 음극 계면의 문제점을 동시에 해결하는 시너지 효과를 입증했습니다. 베타인의 친수성 그룹(-COO)은 아연 음극 표면에 우선적으로 흡착하여 아연 이온 용매화 및 전착 역학을 조절함으로써 매우 균일한 아연 증착을 유도했습니다. 그 결과, 아연-아연 대칭 전지는 1 mA cm⁻²에서 7,000시간 이상의 수명을 달성했습니다. 또한, 베타인의 친유성 그룹(-N-R₃)은 폴리아이오딘과 상호작용하여 이동을 억제하고 아이오딘 산화환원 반응 속도를 가속화하여 양극의 부반응을 완화했습니다. 이로 인해 Zn-I₂ 완전 전지는 10 mA cm⁻²에서 15,500회 주기 동안 사이클당 0.007‰의 매우 낮은 용량 감소율을 보이며 탁월한 사이클 수명을 나타냈습니다. 나아가, 약 1.15 Ah 용량의 Ah급 파우치 전지는 600회 사이클 후에도 92.1%의 우수한 용량 유지율을 보여 본 접근 방식의 확장성을 입증했습니다. 이 비용 효율적이고 효율적인 계면 조절 전략은 장수명 Zn-I₂ 전지 구현 및 실제 적용을 위한 새로운 관점을 제시합니다.