수분 차폐 이중층 및 계면 안정화 기술

수계 아연 이온 배터리는 풍부한 수분 환경으로 인한 전기 이중층 및 불안정한 고체-전해질 계면 문제로 인해 가역성과 사이클 안정성이 저하되는 한계에 직면해 있습니다. 이는 배터리의 실용화를 가로막는 주요 장애물로 작용합니다. 본 연구에서는 미량의 비이온성 양친매성 폴리솔베이트 첨가제를 활용하여 이러한 문제를 해결했습니다. 폴리솔베이트 분자는 아연 양극 표면에 선택적 화학 흡착 및 방향성 배열을 유도하여 수분 차폐층을 자발적으로 형성합니다. 이 차폐층은 물 관련 부반응을 효과적으로 억제합니다. 동시에 폴리솔베이트 분자는 유기-무기 하이브리드 계면 형성을 촉진하여 전기장 분포를 균일하게 조절하고, 아연 증착의 우선적 방향을 유도함으로써 높은 아연 활용률로 정렬된 도금/탈착을 가능하게 합니다. 그 결과, 폴리솔베이트 함유 전해질은 Zn||Zn 셀에서 1 mA cm−2, 1 mAh cm−2 조건으로 8060시간의 긴 사이클 수명을 달성했으며, Zn||Cu 셀에서는 3900회 이상의 높은 가역성을 보였습니다. V2O5/rGO 및 MnO2와 결합된 풀 셀에서도 향상된 용량과 지속적인 안정성을 확인했습니다. 이 연구는 수계 아연 이온 배터리의 성능과 수명을 획기적으로 개선할 수 있는 새로운 계면 공학 전략을 제시합니다.