고엔트로피 용매화 아연 전지 기술

수계 아연 이온 전지는 본질적인 안전성과 저비용으로 지속 가능한 대규모 에너지 저장 잠재력을 제공하지만, 수계 전해액의 한계로 인해 에너지 밀도와 사이클 수명이 제한되는 문제가 있습니다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위해 저비용(0.33 $·kg−1)의 안정적인 전해액을 개발했습니다. 이 전해액은 소량의 다중 할로겐 음이온(Cl−, Br−, I−)을 포함하여 고엔트로피 용매화 구조를 형성함으로써 고성능 아연 전지를 구현합니다. 소량의 다중 할로겐 음이온은 다양한 단일 할로겐화 접촉 이온쌍과 다중 할로겐화 응집 용매화 구조를 생성하여 독특한 고엔트로피 용매화 구조를 형성합니다. 이는 희박수 할로겐화 계면 환경을 조성하여 수소 발생 반응을 억제하고 계단식 탈용매화를 촉진합니다. 다중 할로겐 첨가제는 치밀한 용매화 껍질을 가진 다양한 접촉 이온쌍(Zn-X, X = Cl/Br/I)을 생성하여 이온 수송을 가속화합니다. 이러한 고엔트로피 용매화 구조는 도금 과전압(에너지 효율)과 도금/탈리 가역성(쿨롱 효율) 사이의 상충 관계를 극복합니다. 그 결과, 고엔트로피 용매화 기반 전해액은 2.4 μL mg−1의 희박 전해액 조건에서 120 사이클 동안 152.2 Wh kg−1electrode의 성능을 보이는 실용적인 아연 금속 전지를 가능하게 합니다. 또한, Ah급 파우치 셀은 250 사이클 이상 동안 99.90% 이상의 높은 쿨롱 효율로 검증되었습니다. 본 연구 결과는 안정적인 Zn/전해액 계면을 위한 음이온-양이온 상호작용의 정밀한 제어를 위한 전해액 설계의 중요성을 강조하며, 고에너지 및 저비용의 실용적인 아연 금속 전지 개발에 기여합니다.