나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 물리 연구소 산하 "베이징(北京, 북경) 응집물질물리 국가 연구 센터" 소속 "선진 소재 및 구조 분석 실험실" 연구팀은 일체형 구조의 슈퍼 커패시터를 개발함으로써 가볍고 얇고 높은 플렉시블 등 기능을 보유한 전기화학 에너지 저장 디바이스 개발을 위해 새로운 아이디어를 제공함.

연구팀은 높은 안전성을 보유하고 있는 수계(水系) 아연 이온 배터리의 일체형 구조를 디자인 하고 아연 이온 배터리의 각 부품을 일체형으로 통합하여 일종의 일체형 수계(水系) 아연 이온 배터리를 개발함.

이런 일체형 아연 이온 배터리 디자인에서 높은 플렉시블 특성과 높은 인성을 보유한 폴리아미드 마이크로포러스 멤브레인(polyamide microporous membrane)은 아연 음극 표면의 코팅 층을 통해 긴밀한 집적을 형성하였으며, 중간에 내장된 트리플루오로 메탄 설폰산 아연과 폴리아미드 성분으로 구성된 코팅은 아연 음극과 폴리아미드 분리 막 사이에 끼어 있어 다중 역할을 발휘하고, 아연의 음극과 폴리아미드 분리 막을 접착하는 동시에 음극 표면의 덴드라이트(dendrite) 성장과 부(副) 반응의 발생에 대해 이상적인 억제 역할을 발휘하는 것으로 나타났음.

양극 부분은 α-MnO2 나노와이어와 다중벽 탄소 나노튜브를 사용하여 인터넷 네트워크 상태 구조를 형성시키고 폴리아미드 분리 막 상에 로드시켜 전체 양극 층 자체로 하여금 집합 유체로 되게끔 함으로써 추가적인 비(非) 활성 구성 부품을 생략할 수 있도록 하여 전체 전극의 가볍고 얇은 경박화(輕薄化)를 실현하였을 뿐만 아니라 전체 디바이스의 품질/체적 에너지 밀도를 향상시킬 수 있도록 하였음.

최종적인 일체화 구조에서 이웃 성분 층간에 비교적 강한 상호역할을 발휘하여 안정적인 인터페이스 접촉을 확보하는 동시에 틈새 없는 연결을 형성하여 각 층 디바이스가 휘어지는 상태 하에서 상대적인 위치 이동이나 분리를 피할 수 있도록 하며, 배율 성능과 순환 안정성 (5,000회 순환 후의 용량 유지 비율은 89.4% 수준에 도달함)을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 우수한 전기화학 안정성과 유연성(1,000회 휘어진 후의 용량 유지 비율＞90%)을 보유하고 있는 것으로 나타났음.

이번 연구를 통해 개발한 방법은 간편하고 실행하기 쉬운 특징을 보유하고 있는 동시에 기존의 배터리 제조 공법과도 비교적 높은 호환성을 보유하고 있으며, 수계(水系) 아연 이온 배터리가 보유하고 있는 높은 안전성과 높은 이온 전도 비율 등 우세를 보장하는 동시에 덴드라이트(dendrite) 성장과 휘어지는 한계 등 과학 과제를 해결하는 것으로 나타났음.

이는 실제 응용이 가능하고 높은 안전성, 높은 플렉시블 특성을 보유한 장수명의 수계(水系) 아연 이온 배터리의 효과적인 구조 디자인을 위해 중요한 기반을 제공함.

본 연구 성과는 Nano Energy ("An integrated configuration with robust interfacial contact for durable and flexible zinc ion batteries")에 게재됨.