본 기술은 아연 등 금속 판 표면에 UiO-66계 지르코늄 금속유기골격체와 바인더를 섞은 복합 보호층을 코팅한 애노드 전극입니다. 보호층이 금속 이온을 고르게 증착시키고 표면을 물리적·화학적으로 감싸 덴드라이트 성장을 제어합니다.
아연 금속 배터리는 충방전 중 금속 이온이 표면에 고르지 않게 쌓이면서 나뭇가지 모양의 덴드라이트가 자랐습니다. 이 덴드라이트가 분리막을 뚫어 내부 단락을 일으키고, 전지의 사이클 수명과 안전성을 떨어뜨리는 문제가 있었습니다.
본 기술은 Zr-MOF의 규칙적인 기공으로 아연 이온의 흐름을 균일하게 분산시키고, 친수성 유기 링커와 PVDF-HFP 같은 바인더의 높은 이온 전도도와 접착력으로 계면 저항을 낮추면서 보호층을 단단히 고정합니다. MOF와 바인더의 중량비는 9:1~5:5, 최적 약 8:2로 맞추며, 이온 전이 수 0.2 이상과 전해질 접촉각 90° 미만의 젖음성을 확보합니다. 수계 아연 이온 배터리, 대용량 ESS, 리튬·나트륨·마그네슘 금속 음극 전지에 적용될 수 있어 금속 음극의 내부 단락 위험을 낮추고 불연성 수계 전지의 장수명 운전을 가능하게 합니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 수계 아연이차전지용 고전압 거대고리 유기 양극재 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
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