아연 이온 배터리용 이중 엔지니어링 양극

층상 바나듐 기반 산화물은 높은 이론 용량과 저렴한 비용으로 수계 아연 이온 배터리(AZIB)의 유망한 양극 재료로 주목받고 있습니다. 그러나 좁은 층간 간격과 구조적 불안정성으로 인해 실용화에 어려움이 있었습니다. 본 연구는 이러한 한계를 극복하고자 V2O5의 이중 전략 개질을 시도했습니다. 연구팀은 1단계 수열합성법을 통해 산소 결함을 성공적으로 생성하고, 동시에 벤질트리메틸암모늄 유기 양이온(TMBA+)을 V2O5 층간에 삽입하여 VOH-TMBA+ 복합 전극 재료를 합성했습니다. 이 과정에서 V2O5의 구조적 및 전자적 특성을 동시에 조절하는 이중 엔지니어링 전략을 구현했습니다. 결과적으로 VOH-TMBA+는 산소 결함과 TMBA+의 시너지 효과로 층간 간격이 6.84 Å에서 13.8 Å으로 확장되었으며, 층상 구조가 안정화되고 국부 원자 배위 및 전자 구조가 조절되었습니다. 이러한 이중 조절은 VOH-TMBA+에 0.2 A g−1에서 417.2 mAh g−1의 높은 비 용량과 10.0 A g−1에서 7000회 주기 후 90.7%의 용량 유지율을 보이는 탁월한 사이클 안정성을 부여했습니다. 밀도 범함수 이론 계산은 VOH-TMBA+의 전도도가 향상되고 정전기적 상호작용 감소로 Zn2+ 이동이 용이해짐을 입증했습니다. 이 연구는 층상 금속 산화물의 구조적 및 전자적 협력적 조절을 통한 엔지니어링 전략을 제시하며, 고성능 AZIB 양극 재료 설계에 새로운 관점을 제공합니다.