수계 아연이온 전지의 수소이온 농도에 따른 전하 저장 메커니즘의 변화

Abstract

수계 아연이온 전지는 안전하고 친환경적이며 경제적이라는 장점 때문에 큰 주목을 받고 있으나, 전하 저장 메커니즘에 대한 부족한 이해가 고성능 전지 개발에 방해가 되고 있다. 실제로, 전해질에 존재하는 두 양이온인 수소 이온과 아연이온 중 무엇이 주요한 전하 운반체로 작용하며, 전하 저장에 기여를 하는지에 대한 논의가 계속 이어지고 있다. 본 연구에서 우리는 층상 구조의 사방정계 바나듐 산화물인 $α-V_2O_5$를 양극 활물질, 아연 금속을 음극으로 사용한 수계 아연이온 전지 시스템에서, 전해질의 수소 이온 농도에 따라 전하 저장 메커니즘이 변하는 것을 보여주었다. pH=1에서 pH=4.5까지 수소 이온 농도가 낮아짐에 따라 양극 활물질에 삽입되는 이온이 수소 이온에서 아연 이온으로 변하였으며, 특히 pH=3의 조건에서는 수소 이온과 아연 이온이 순차적으로 모두 삽입되는 것을 XRD, XPS, STEM/EDS 분석을 통해 체계적으로 확인하였다.