수계 아연 전지 전해액 설계 전략

수계 전해액 기반 아연(Zn) 전지는 높은 안전성, 저렴한 비용, 친환경성으로 인해 차세대 전지로 큰 주목을 받고 있습니다. 그러나 Zn 금속 전극의 낮은 가역성으로 인한 짧은 수명은 상용화에 걸림돌이 됩니다. Zn 전극의 높은 가역성을 달성하기 위해서는 물 분해 반응과 불균일한 증착/용해 반응을 제어하는 것이 중요합니다. 본 연구에서는 높은 Zn 가역성을 위한 수계 공용매 전해액 설계 원리를 제시하고, Zn 전지용 유기 분자를 정확하게 선택할 수 있는 새로운 매개변수를 제안합니다. 기존에는 유기 분자 선택 시 극성 척도를 주로 사용했지만, Zn2+ 용매화를 정확히 예측하지 못하는 한계가 있었습니다. 이에 Dimroth와 Reichardt의 Et(30) 극성 척도를 유기 분자 스크리닝의 효과적인 지표로 도입했습니다. Et(30)과 Zn 쿨롱 효율(CE) 사이에 명확한 화산형 상관관계가 있음을 밝혀냈습니다. 이는 높은 극성 유기 분자가 Zn CE 개선에 유리하다는 기존의 통념에 도전하며, 유기 분자가 Zn2+ 용매화 구조 변경 외에 다른 중요한 역할을 한다는 것을 시사합니다. 이 원리를 적용하여 제조된 전해액은 수계 시스템의 난제를 효과적으로 극복하고, 기록적인 사이클 안정성을 보였습니다. 본 연구는 수계 전해액 시스템에 대한 새로운 통찰력을 제공하며, 고성능 수계 Zn 전지 개발에 기여할 것입니다.