요오드 음극 촉매: 흡착-용매화 균형
수계 Zn-I2 전지의 성능은 폴리요오드화물 셔틀링과 느린 산화환원 동역학으로 인해 제한된다. 기존 연구들은 요오드 음극 안정성 향상에 초점을 맞췄으나, 폴리요오드화물 흡착과 계면 물질 전달 동역학 간의 균형이라는 중요한 측면은 간과되었다. 요오드 중간체의 불충분한 포획은 낮은 활용률과 빠른 용량 감소를 초래하며, 과도한 흡착은 이온 수송을 방해하고 촉매를 비활성화시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 연구에서는 NiN4P 및 FeN4P 부위를 포함하는 이중 단일 원자 촉매를 활용하여 용매화도(solvophilicity)와 요오드 친화도(iodophilicity)가 균형 잡힌 촉매 계면을 설계했다. FeN4 부위는 주로 폴리요오드화물 고정화를 강화하고, NiN4 부위는 물질 전달을 촉진한다. P 리간드는 Fe 부위의 스핀 상태를 조절하고 Ni 부위에 음이온이 풍부한 헬름홀츠 평면을 형성하여 이러한 기능을 더욱 강화한다. 이 이중 금속 단일 원자 촉매 덕분에 요오드 음극은 낮은 전해질/요오드 비율 조건에서도 높은 사이클 안정성과 매우 낮은 자가 방전율을 나타냈다. 이는 촉매 계면에서 폴리요오드화물 흡착과 물질 전달 속도 사이의 최적 균형을 달성했기 때문이다. 본 연구는 수계 할로겐 음극 계면을 조절하여 장수명 전지를 구현하는 데 중요한 통찰력을 제공한다.