본 기술은 갈륨계 액체금속을 비극성 용매 안에서 계면활성제로 구형 분산시킨 뒤 아연 입자와 혼합하여, 액체금속 보호층이 아연 입자를 감싸는 복합체 구조를 형성함으로써 아연 전극의 수지상 성장과 부반응을 억제하는 기술입니다.
수계 아연 전지 음극은 충방전 과정에서 아연 수지상(dendrite)이 성장하고 아연 부식이 진행되는 문제가 있었습니다. 또한 수계 전해질과의 반응으로 수소 발생 반응(HER)이 일어나 전지 수명이 줄고 단락이 발생하는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 비극성 용매와 극성 용매를 함께 활용하는 모세관 현탁액(capillary suspension) 공법으로 아연 입자 표면에 40~100nm 두께의 액체금속 보호층을 균일하게 형성하도록 구성됩니다. 이 보호층은 전기 전도 네트워크를 유지하면서 아연의 특정 결정면 방향 성장을 유도해 수지상 성장을 억제하고, 전해질과의 직접 접촉을 막아 부식을 방지합니다. 화재 위험이 낮아야 하는 건물 내 정치형 에너지저장장치나 웨어러블 기기용 수계 아연 전지에 적용될 수 있어, 수소 가스 발생에 따른 셀 팽창 우려를 덜고 사용 기간을 늘릴 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 단이온전도체 기반 다차원 자유형상 전원 시스템 지원을 통해 개발되었습니다.
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