수성 아연 전지용 소수성 액체 전해질 계면

수성 전해질의 전기화학적 안정성 창을 넓히는 것은 배터리 성능 향상을 위한 효과적인 전략입니다. 기존의 고염 농도 수성 전해질은 음극에 고체 전해질 계면(SEI)을 형성하여 안정성 창을 3.0V까지 확장하지만, 이로 인해 이온 전도도가 감소하고 비용이 증가하는 문제가 있었습니다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 3몰랄 농도의 아연 트리플루오로메탄설포네이트 수성 전해질에 소수성이며 전극 친화적인 에테르 기반 첨가제를 도입했습니다. 이 첨가제는 낮은 아연 이온 용매화 능력을 가지며, 낮은 농도(2 mol% 미만)에서도 수성 전해질에 용해됩니다. 이 첨가제는 양극과 음극 표면에 흡착되어 아연 덴드라이트 성장을 억제하고, 전기화학적 안정성 창을 3.08V까지 확장하는 액체 전해질 계면(LEI)을 형성합니다. 또한, 높은 이온 전도도(25°C에서 약 54 mS cm⁻¹)를 유지하며 전해질의 비인화성을 보장합니다. 이 나노 엔지니어링된 전해질 접근법을 통해 Zn||NaV₃O₈ 단층 파우치 셀은 500 mA g⁻¹ 및 25°C에서 500회 안정적인 사이클(평균 쿨롱 효율 99.95%)을 달성했으며, 80%의 방전 용량 유지율과 132 Wh kg⁻¹의 초기 비에너지(양극 및 음극 활물질 질량 기준)를 보였습니다. 이는 고성능 수성 아연 배터리 개발에 중요한 진전을 의미합니다.