KR101720417B1 - Zinc air battery comprising alkaline electrolyte containing zinc and tin ions - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아연판 또는 금속 아연 분말로 이뤄진 음극; 공기 또는 산소로 이뤄진 양극; 아연 및 주석 이온을 함유하는 알카리성 전해질을 포함하는, 아연 공기 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode comprising a zinc plate or a metal zinc powder; A cathode made of air or oxygen; And an alkaline electrolyte containing zinc and tin ions.

Description

아연 및 주석 이온을 함유하는 알카리성 전해질을 포함하는 아연 공기 전지{ZINC AIR BATTERY COMPRISING ALKALINE ELECTROLYTE CONTAINING ZINC AND TIN IONS}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a zinc air battery including an alkaline electrolyte containing zinc and tin ions,

본 발명은 아연 공기 전지의 충전시 아연의 수지상 성장을 억제하기 위한 첨가제에 관한 것이다.The present invention relates to an additive for suppressing dendritic growth of zinc during charging of a zinc air cell.

아연 공기 전지의 기술적 완성에도 불구하고 전기적으로 충전 가능한 아연 공기 전지의 상업화는 아직 성공적이지 못하며, 이의 주된 원인은 아연 공기 전기의 충방전 성능의 열악함 때문이다. 아연 공기 이차 전지의 낮은 전기적 충전능력의 가능한 원인들, 예컨대 아연 부식, 충방전 중 물 소비, 아연 산화물 침전, 아연의 수지상 성장과 같은 원인들이 제기되고 있다. 이중 아연의 수지상 성장은 결정적 요인이다.Despite the technical completion of the zinc air cell, the commercialization of electrically rechargeable zinc air cells has not yet been successful, mainly due to the poor charge / discharge performance of the zinc air battery. Possible causes of the low electrical charging capacity of the zinc air secondary battery, such as zinc corrosion, water consumption during charging and discharging, zinc oxide deposition, zinc dendritic growth, have been raised. Dendritic growth of the double zinc is a decisive factor.

여러 무기 첨가제 예컨대, CdO, PbO, Pb3O4, In2O3 및 Bi2O3 가 아연의 전해 도금 시 수지상 성장 억제를 위해 시험되었다. 이 첨가제를 물에 용해시키면 아연보다 더 높은 환원 전위를 가지는 금속 이온을 생성시킨다. 따라서, 첨가제 내의 금속 원소는 전기화학적 환원 과정 중 쉽게 아연과 결합하고 아연 성장 패턴에 영향을 미칠 수 있다. 특히, Pb의 효과는 큰 것으로 알려져 있다. 매우 적은 양의 Pb 이온으로도 아연의 수지상 성장 및 수소 발생 반응 둘 모두를 크게 억제한다. 그러나, Pb 함유 물질의 잠재적 위험성 때문에 적합한 대안을 찾으려는 시도는 계속되어오고 있다.Several inorganic additives such as CdO, PbO, Pb 3 O 4 , In 2 O 3 and Bi 2 O 3 have been tested for inhibiting dendritic growth during electrolytic plating of zinc. Dissolving this additive in water produces metal ions with a higher reduction potential than zinc. Thus, the metal elements in the additive can easily bind to zinc during the electrochemical reduction process and affect the zinc growth pattern. In particular, the effect of Pb is known to be large. Even very small amounts of Pb ions greatly inhibit both the resinous growth of zinc and the hydrogen evolution reaction. However, due to the potential hazards of Pb-containing materials, attempts to find suitable alternatives are ongoing.

금속 Sn은 상기한 무기 첨가제들과 같이 Zn 보다 더 높은 환원 전위를 가질 뿐만 아니라 친환경적이고 경제적이다. Sn 이온이 공기 아연 전지의 전해질에 존재하여 충전시 발생하는 Zn의 수지상 성장의 억제가 가능하다면, 독성을 갖는 기존 첨가제를 낮은 비용으로 대체 가능하다. The metal Sn has the reduction potential higher than that of Zn as well as the inorganic additives, and is environmentally friendly and economical. Sn ion is present in the electrolyte of the air zinc battery and it is possible to suppress the dendritic growth of Zn which occurs upon charging, it is possible to substitute existing additive having toxicity at low cost.

본 발명자는 SnO 를 알칼리 용액에 첨가하여 Zn 를 전해도금하는 경우, 불안정한 수지상 성장을 성공적으로 억제함을 발견하였다. The present inventors have found that SnO is added to an alkali solution to successfully inhibit unstable dendritic growth when Zn is electroplated.

본 발명은 아연 공기 전지의 충/방전 시 Zn 의 수지상 성장을 억제함을 목적으로 한다.The present invention aims to suppress the dendritic growth of Zn during charging / discharging of a zinc air cell.

본 발명은 아연판 또는 금속 아연 분말로 이뤄진 음극; 다공성 탄소재료 및 산소 산화/환원 반응 촉매로 이뤄진 양극; 및 아연 및 주석 이온을 함유하는 알칼리성 전해질을 포함하는, 아연 공기 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a negative electrode comprising a zinc plate or a metal zinc powder; A cathode comprising a porous carbon material and an oxygen oxidation / reduction reaction catalyst; And an alkaline electrolyte containing zinc and tin ions.

상기 주석 이온은 SnO를 상기 전해질에 첨가함에 의해 얻어지고, 상기 SnO는 10-3 M 이상 첨가됨을 특징으로 한다. 바람직하게는 상기 SnO는 10-3 M 내지 5×10-3 M 첨가됨을 특징으로 한다.The tin ions are obtained by adding SnO to the electrolyte, and the SnO is added by 10 < -3 > M or more. Preferably, the SnO 2 is added in an amount of 10 -3 M to 5 × 10 -3 M.

상기 음극의 아연판 또는 분말에는 부분적으로 주석 원자가 부분적으로 고용체를 형성함을 특징으로 하며, 상기 주석은 정방정계 구조를 가지고, 상기 아연은 6방정계 밀집 구조를 가짐을 특징으로 한다.The zinc plate or powder of the negative electrode is characterized in that a tin atom partially forms a solid solution, and the tin has a tetragonal structure, and the zinc has a hexavalent dendritic structure.

본 발명의 아연 공기 전지는 알칼리 전해질에 매우 적은 양의 SnO를 첨가하여 충전시 아연의 수지상 성장을 억제한다.The zinc air cell of the present invention adds a very small amount of SnO to the alkaline electrolyte to inhibit the resinous growth of zinc upon charging.

도 1a는 상이한 SnO 함량을 가진 전해질에서 얻어진 순환 전압전류법의 결과를 보여준다.
도 1b는 본 발명의 실시예의 순환 전압전류법에서 산화 영역에서의 전하량의 증가와 환원 영역에서 전하량의 증가가 유사한 양임을 보여주는 그래프이다.
도 2a 내지 d는 40mA/cm2의 일정 전류 밀도를 인가하여 얻은 Zn 전해 박막의 현미경 이미지로서, 전해질 내에 첨가된 SnO 함량에 따른 Zn 전해박막의 형상 변화를 보여주는 결과이다.
도 3a는 SnO가 첨가된 경우 제조된 전해 도금층을 추가로 분석하기 위해, 동적 SIMS 분석을 사용하여, 3×10-3 M SnO 함유 전해질 내에서 제조된 전해 도금층에 대해 화학 깊이 분석법(chemical depth profile)을 수행한 결과이다.
도 3b는 X-선 회절분석 패턴을 보여주며, Sn이 정방정계 구조를 가짐과 함께 Zn의 전형적 6방정계 밀집 구조를 보여준다.
도 4는 실시예 7로 얻은 도금층의 현미경 이미지이다.
FIG. 1A shows the results of a cyclic voltammetry method obtained in an electrolyte having a different SnO content.
FIG. 1B is a graph showing that the increase in the amount of charge in the oxidized region and the increase in the amount of charge in the reduction region are similar in the cyclic voltammetry method of the embodiment of the present invention.
Figures 2a to d are the results as a microscope image of a Zn electrolytic thin film obtained by applying a constant current density of 40mA / cm 2, showing the change in shape of the electrolytic Zn thin film according to the content of SnO is added in the electrolyte.
3A is a graph showing the relationship between the chemical depth profile and the chemical depth profile of the electrolytic plating layer prepared in an electrolyte containing 3 x 10 < -3 > M SnO, using dynamic SIMS analysis to further analyze the electrolytic plating layer produced when SnO was added. ).
FIG. 3B shows an X-ray diffraction pattern, showing a tetragonal structure of Sn and a typical hexavalent structure of Zn.
4 is a microscope image of the plated layer obtained in Example 7. Fig.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "comprise", "having", and the like are used to specify that a feature, step, operation, element, component, or combination of features described in the specification is to be included and that one or more other features, And does not preclude the presence or addition of one or more other elements, components, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be construed in a manner consistent with meaning in the context of the relevant art and are not to be construed as an ideal or overly formal sense unless expressly defined in the present application.

3전극 전기화학 비이커셀로 본 발명의 모든 전기화학 실험을 수행하였다. 니켈 호일(Alfa Aeser, 99,9%)을 600 그리드 에머리 페이퍼로 연마하였고 증류수로 세정하여 작동전극의 기재로 사용하였다. 이 기재를 마스킹하여 1 cm2 면적이 전해질에 노출되도록 하였다. Pt 와이어 및 Hg/HgO 전극을 각각 반대전극 및 기준전극으로서 사용하였다. All electrochemical experiments of the present invention were performed with a three-electrode electrochemical beaker cell. Nickel foil (Alfa Aeser, 99,9%) was polished with a 600 grid emery paper and rinsed with distilled water to serve as the working electrode substrate. This substrate was masked so that an area of 1 cm < 2 > was exposed to the electrolyte. Pt wire and Hg / HgO electrode were used as the opposite electrode and reference electrode, respectively.

0.4 M ZnO(Alfa Aeser, 99.99%)를 6 M KOH(Junsei, 85%)의 수용액에 용해시키고 SnO(Alfa Aeser, 99.9%)를 첨가하지 않는 전해질을 준비하였다. -0.5 ~ -1.7 V vs. Hg/HgO의 전압 범위에서 1 mV/s의 스캔속도로 순환전압전류법(Cyclic voltammetry)을 수행하였다. 또한, 전류(constant current) 밀도 40 mA/cm2로 900 초 동안 Zn 전해도금을 수행하였다.An electrolyte was prepared in which 0.4 M ZnO (Alfa Aeser, 99.99%) was dissolved in an aqueous solution of 6 M KOH (Junsei, 85%) and SnO (Alfa Aeser, 99.9%) was not added. -0.5 to -1.7 V vs. Cyclic voltammetry was performed at a scan rate of 1 mV / s in the voltage range of Hg / HgO. In addition, Zn electroplating was performed for 900 seconds at a constant current density of 40 mA / cm < 2 & gt ;.

0.4 M ZnO(Alfa Aeser, 99.99%)를 6 M KOH(Junsei, 85%)의 수용액에 용해시키고 10-4 M SnO(Alfa Aeser, 99.9%)를 첨가한 전해질을 준비하였다. -0.5 ~ -1.7 V vs. Hg/Hgo의 전압 범위에서 1 mV/s의 스캔속도로 순환전압전류법(Cyclic voltammetry)을 수행하였다. 또한, 일정 전류(constant current) 밀도 40 mA/cm2로 900 초 동안 Zn 전해도금을 수행하였다. An electrolyte was prepared by dissolving 0.4 M ZnO (Alfa Aeser, 99.99%) in an aqueous solution of 6 M KOH (Junsei, 85%) and adding 10 -4 M SnO (Alfa Aeser, 99.9%). -0.5 to -1.7 V vs. Cyclic voltammetry was performed at a scan rate of 1 mV / s in the voltage range of Hg / Hgo. In addition, Zn electroplating was performed for 900 seconds at a constant current density of 40 mA / cm < 2 & gt ;.

0.4 M ZnO(Alfa Aeser, 99.99%)를 6 M KOH(Junsei, 85%)의 수용액에 용해시키고 10-3 M SnO(Alfa Aeser, 99.9%)를 첨가한 전해질을 준비하였다. -0.5 ~ -1.7 V vs. Hg/Hgo의 전압 범위에서 1 mV/s의 스캔속도로 순환전압전류법(Cyclic voltammetry)을 수행하였다. 또한, 일정 전류(constant current) 밀도 40 mA/cm2로 900 초 동안 Zn 전해도금을 수행하였다. An electrolyte was prepared by dissolving 0.4 M ZnO (Alfa Aeser, 99.99%) in an aqueous solution of 6 M KOH (Junsei, 85%) and adding 10 -3 M SnO (Alfa Aeser, 99.9%). -0.5 to -1.7 V vs. Cyclic voltammetry was performed at a scan rate of 1 mV / s in the voltage range of Hg / Hgo. In addition, Zn electroplating was performed for 900 seconds at a constant current density of 40 mA / cm < 2 & gt ;.

0.4 M ZnO(Alfa Aeser, 99.99%)를 6 M KOH(Junsei, 85%)의 수용액에 용해시키고 2×10-3 M SnO(Alfa Aeser, 99.9%)를 첨가한 전해질을 준비하였다. -0.5 ~ -1.7 V vs. Hg/Hgo의 전압 범위에서 1 mV/s의 스캔속도로 순환전압전류법(Cyclic voltammetry)을 수행하였다. 또한, 일정 전류(constant current) 밀도 40 mA/cm2로 900 초 동안 Zn 전해도금을 수행하였다. An electrolyte was prepared by dissolving 0.4 M ZnO (Alfa Aeser, 99.99%) in an aqueous solution of 6 M KOH (Junsei, 85%) and adding 2 × 10 -3 M SnO (Alfa Aeser, 99.9%). -0.5 to -1.7 V vs. Cyclic voltammetry was performed at a scan rate of 1 mV / s in the voltage range of Hg / Hgo. In addition, Zn electroplating was performed for 900 seconds at a constant current density of 40 mA / cm < 2 & gt ;.

0.4 M ZnO(Alfa Aeser, 99.99%)를 6 M KOH(Junsei, 85%)의 수용액에 용해시키고 3×10-3 M SnO(Alfa Aeser, 99.9%)를 첨가한 전해질을 준비하였다. -0.5 ~ -1.7 V vs. Hg/Hgo의 전압 범위에서 1 mV/s의 스캔속도로 순환전압전류법(Cyclic voltammetry)을 수행하였다. 또한, 일정 전류(constant current) 밀도 40 mA/cm2로 900 초 동안 Zn 전해도금을 수행하였다. An electrolyte was prepared by dissolving 0.4 M ZnO (Alfa Aeser, 99.99%) in an aqueous solution of 6 M KOH (Junsei, 85%) and adding 3 × 10 -3 M SnO (Alfa Aeser, 99.9%). -0.5 to -1.7 V vs. Cyclic voltammetry was performed at a scan rate of 1 mV / s in the voltage range of Hg / Hgo. In addition, Zn electroplating was performed for 900 seconds at a constant current density of 40 mA / cm < 2 & gt ;.

0.4 M ZnO(Alfa Aeser, 99.99%)를 6 M KOH(Junsei, 85%)의 수용액에 용해시키고 5×10-3 M SnO(Alfa Aeser, 99.9%)를 첨가한 전해질을 준비하였다. -0.5 ~ -1.7 V vs. Hg/Hgo의 전압 범위에서 1 mV/s의 스캔속도로 순환전압전류법(Cyclic voltammetry)을 수행하였다. 또한, 일정 전류(constant current) 밀도 40 mA/cm2로 900 초 동안 Zn 전해도금을 수행하였다. An electrolyte was prepared by dissolving 0.4 M ZnO (Alfa Aeser, 99.99%) in an aqueous solution of 6 M KOH (Junsei, 85%) and adding 5 × 10 -3 M SnO (Alfa Aeser, 99.9%). -0.5 to -1.7 V vs. Cyclic voltammetry was performed at a scan rate of 1 mV / s in the voltage range of Hg / Hgo. In addition, Zn electroplating was performed for 900 seconds at a constant current density of 40 mA / cm < 2 & gt ;.

0.4 M ZnO(Alfa Aeser, 99.99%)를 6 M KOH(Junsei, 85%)의 수용액에 용해시키고 10-2 M SnO(Alfa Aeser, 99.9%)를 첨가한 전해질을 준비하였다. -0.5 ~ -1.7 V vs. Hg/Hgo의 전압 범위에서 1 mV/s의 스캔속도로 순환전압전류법(Cyclic voltammetry)을 수행하였다. 또한, 일정 전류(constant current) 밀도 40 mA/cm2로 900 초 동안 Zn 전해도금을 수행하였다. An electrolyte was prepared by dissolving 0.4 M ZnO (Alfa Aeser, 99.99%) in an aqueous solution of 6 M KOH (Junsei, 85%) and adding 10 -2 M SnO (Alfa Aeser, 99.9%). -0.5 to -1.7 V vs. Cyclic voltammetry was performed at a scan rate of 1 mV / s in the voltage range of Hg / Hgo. In addition, Zn electroplating was performed for 900 seconds at a constant current density of 40 mA / cm < 2 & gt ;.

1. 평가방법1. Evaluation Method

모든 전기화학 실험에 대해 Iviumstat(Ivium Technologies, Netherlands)를 사용하였다. 주사 전자 현미경(field emission scanning electron microscope : FESEM, MIRA3, TESCAN, Czech Republic)으로 Zn 도금층의 형상을 관찰하였고, 이의 결정 구조를 2°/min의 스캔 속도로 X-선 회절기(XRD, D8 Advance, Bruker, Germany)로 분석하였다. 이 도금층의 조성을 에너지분산형 X-선 분광기(EDS, APOLLO X, AMETEK, USA)로 확인하였고, 화학 깊이 프로필을 동적 이차 이온 질량 분광기(Dynamic SIMS, CAMECA IMS-6f Magnetic Sector SIMS, CAMECA, France)로 분석하였으며, 이의 탐지 한계는 ppm-ppb 범위이다.Iviumstat (Ivium Technologies, Netherlands) was used for all electrochemical experiments. The shape of the Zn plating layer was observed with a field emission scanning electron microscope (FESEM, MIRA3, TESCAN, Czech Republic), and its crystal structure was observed with an X-ray diffractometer (XRD, D8 Advance , Bruker, Germany). The chemical depth profile was measured using a dynamic secondary ion mass spectrometer (CAMECA IMS-6f Magnetic Sector SIMS, CAMECA, France), and the composition of the plated layer was confirmed by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS, APOLLO X, AMETEK, USA) , And its detection limit is in ppm-ppb range.

2. 결과2. Results

도 1a는 상이한 SnO 함량을 가지는 전해질에서 얻어진 순환 전압전류법의 결과를 보여준다. 환원 측에서, 전해질에 10-4 M SnO를 첨가했을 경우, SnO를 첨가하지 않은 경우의 순환 전압전류법의 결과와 큰 차이가 없었다. 그러나 SnO 첨가량이 10-3 M 이거나 그 이상일 경우, 전기화학반응(환원반응)이 촉진되는 것을 알 수 있다.FIG. 1A shows the results of a cyclic voltammetry method obtained in an electrolyte having a different SnO content. On the reduction side, when 10 -4 M SnO was added to the electrolyte, there was no significant difference from the results of the cyclic voltammetry method in the case where SnO 2 was not added. However, it can be seen that the electrochemical reaction (reduction reaction) is promoted when the addition amount of SnO is 10 -3 M or more.

이때 환원영역에서의 반응은 금속 이온(주로, 아연산염 이온 Zn(OH)4 2- 및 주석산염 이온, Sn(OH)3 -)의 환원, 수소 방출 및 히드록실 이온의 발생에 의한 반응에 의해 전류가 형성되는데, SnO를 10-3M에서부터 첨가량을 점점 증가시킬수록, 환원영역에서의 전기화학반응이 촉진되는 것을 확인할 수 있다. 그러나 위에 상기된 금속 이온의 환원, 수소 방출 및 히드록실 이온의 환원반응 중 어떤 반응이 활성이 더 우세한지 판단하는 것은 쉽지 않다. 하지만 SnO 첨가량을 10-3 M에서 점점 증가시킬수록 환원반응뿐만 아니라 산화반응도 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 금속 이온의 환원량이 증가했음을 의미한다. 산화 영역에서의 전하량의 증가와 환원 영역에서 전하량의 비교는 도 1b를 통해 알 수 있다. At this time, the reaction in the reduction region is caused by the reduction of the metal ion (mainly zinc salt ion Zn (OH) 4 2- and tin sulfate ion, Sn (OH) 3 - ), hydrogen evolution and generation of hydroxyl ion As a result, it is confirmed that the electrochemical reaction in the reduction region is promoted as the amount of SnO is increased from 10 < -3 > However, it is not easy to determine which of the above-mentioned reduction of metal ions, hydrogen release, and reduction of hydroxyl ions is more dominant. However, it can be seen that as the content of SnO is increased from 10 -3 M, the oxidation reaction increases as well as the reduction reaction. This means that the reduction amount of the metal ion is increased. The comparison of the increase in the amount of charge in the oxidizing region and the amount of charge in the reducing region can be seen in FIG.

10-3 M 과 동일하거나 이보다 큰 농도로 SnO가 첨가되면 금속 이온의 환원 반응을 촉진하고 SnO 함량이 10-3 M 미만인 경우 첨가의 효과가 전혀 또는 거의 없음을 확인할 수 있다. If SnO is added at a concentration equal to or greater than 10 -3 M, the reduction reaction of the metal ion is accelerated. If the SnO 2 content is less than 10 -3 M, the effect of the addition is almost zero.

도 2a 내지 d는 40mA/cm2의 일정 전류 밀도를 인가하여 얻은 Zn 전해 박막의 현미경 이미지로서, 전해질 내에 첨가된 SnO 함량에 따라 Zn 전해 박막의 형상 변화를 보여주는 결과이다. SnO가 첨가되지 않은 경우(실시예1, 도 2a) 그리고 10-4 M SnO가 첨가된 전해질(실시예2, 도 2b)에서 얻어진 Zn 전해 박막의 경우, 전체 영역에 걸쳐 Zn 수지상들이 불균일하게 성장한 것을 관찰할 수 있었다. 그런데, 10-3 M SnO를 첨가한 경우, 준비한 박막(실시예3)은 불균일한 수지상이 어느 정도 억제되었음을 확인할 수 있다(도 2c). 도 2c 내의 삽입된 이미지는 단순해진 로드 형태의 형상이 관찰된다. 3×10-3 M SnO를 첨가한 경우(실시예 5, 도 2d)의 박막에서는 상대적으로 더욱 균일하고 평평한 전해 박막층이 형성되었음을 확인할 수 있다. 2×10-3 및 5×10-3 M의 SnO를 첨가한 박막의 형상도, 비록 도면으로 예시하진 않았지만, 3×10-3 M SnO를 첨가하였을 경우와 동일한 형태였다.Figures 2a to d are the results shows a microscope image of a Zn electrolytic thin film obtained by applying a constant current density of 40mA / cm 2, the shape change of the electrolytic Zn thin film according to the content of SnO is added in the electrolyte. In the case of the Zn electrolytic thin film obtained in the case where SnO was not added (Example 1, Fig. 2A) and the electrolyte in which 10 -4 M SnO was added (Example 2, Fig. 2B), Zn resinous phases were unevenly grown . However, in the case of adding 10 -3 M SnO 2, it was confirmed that the prepared thin film (Example 3) was suppressed to a certain degree of heterogeneous resin phase (FIG. 2C). The inserted image in FIG. 2C shows a simplified rod shape. It can be confirmed that a relatively more uniform and flat electrolytic thin film layer was formed in the case of adding 3 × 10 -3 M SnO 2 (Example 5, FIG. 2 d). 2 × 10 -3 and 5 × 10 -3 M SnO was added to the thin film of the same shape as in the case of adding 3 × 10 -3 M SnO although not shown in the figure.

Zn의 수지상 성장이 억제된 전해 박막을 추가로 분석하기 위해, 동적 SIMS 분석을 사용하여, 3×10-3 M SnO가 첨가된 전해질에서 제조된 박막에 대해 화학 깊이 분석법(chemical depth profile)을 수행하였고, 그 결과는 도 3a에서 확인된다. 이 박막은 도금된 Zn 및 Sn으로 구성되고, Sn의 측정 함량은 0.3 내지 1.5 at%이다. Zn에서 Sn의 고체 용해도는 극히 낮은 것(0.04 at%)으로 알려져 있기 때문에, 전기화학적 환원 시에 Sn 원자는 Zn 매트릭스에 부분적으로 고용체를 형성하고, 동시에 순수한 Sn 상이 형성된다고 볼 수 있다. X-선 회절분석 패턴은 전기증착이 결정성이고 Sn의 정방정계 구조를 가짐과 함께 Zn의 전형적 6방정계 밀집 구조를 보인다(도 3b가 참조됨). 이 실험 결과들로부터, 이종 금속으로 도금되는 Sn이 아연의 형상에 상당한 영향을 준다는 것을 알 수 있다. In order to further analyze the electrolytic thin film in which dendritic growth of Zn is suppressed, a chemical depth profile is performed on a thin film formed in an electrolyte doped with 3 x 10 -3 M SnO 2 using dynamic SIMS analysis , And the result is confirmed in Fig. 3A. The thin film is composed of plated Zn and Sn, and the measured content of Sn is 0.3 to 1.5 at%. Since the solid solubility of Zn in Zn is known to be extremely low (0.04 at%), it can be concluded that Sn atom partially forms a solid solution in the Zn matrix upon electrochemical reduction and at the same time forms a pure Sn phase. The X-ray diffraction pattern shows a typical hexagonal close-packed structure of Zn (see FIG. 3B), as well as a crystalline structure of Sn and a tetragonal structure of Sn. From these experimental results, it can be seen that the Sn plated with different metals has a considerable influence on the shape of zinc.

반면에, SnO 첨가량을 더 높게 증가시켰을 경우, Zn 박막의 균일한 성장에 해로울 수 있다. 예를 들어, 10-3 M SnO가 첨가된 전해질에서 제조된 박막(실시예 7)의 형상은 전체표면에 걸쳐 거칠고 다공성 형태인 것을 알 수 있다(도 4b). 이 박막의 약한 접착력 및 강도로 인해 세척 및 건조 중에 완전히 도금층이 파괴되거나 분리되는 현상이 발견되었다. 조성 분석으로부터(도 4b), Zn박막 내에 7 at% 정도의 많은 Sn이 검출됨을 확인할 수 있다. 이는, 이 박막에 많은 양의 2차 상, 즉 순수한 Sn이 존재함을 보여주며, 이는 또한 X-선 회절 분석 패턴으로 확인될 수 있다(도 3b). 이 전해 박막에 형성된 과량의 Sn 상은 Zn 전해 박막의 균일하고 조밀한 형성을 결정적으로 방해하는 것으로 추론된다.
On the other hand, if the amount of SnO added is increased, it may be detrimental to the uniform growth of the Zn thin film. For example, it can be seen that the shape of the thin film (Example 7) made from an electrolyte doped with 10 -3 M SnO 2 is rough and porous over the entire surface (FIG. 4B). Due to the weak adhesion and strength of the thin film, the plating layer was completely broken or separated during washing and drying. From the compositional analysis (FIG. 4B), it can be seen that a large amount of Sn in the Zn thin film was detected at 7 at%. This shows that there is a large amount of secondary phase in the thin film, i.e., pure Sn, which can also be confirmed by an X-ray diffraction analysis pattern (FIG. 3B). The excessive amount of Sn phase formed in this electrolytic thin film is deduced to interfere conclusively with the uniform and dense formation of the Zn electrolytic thin film.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.

Claims (5)

아연 이온, 주석 이온 및 KOH를 함유하는 아연공기전극용 알카리성 전해질로서, 상기 주석 이온은 SnO를 상기 전해질에 첨가함에 의해 얻어지고, 상기 SnO는 10-3 M 내지 5×10-3 M 첨가되어, 아연공기전극의 충방전시 음극에 아연 수지상 형성을 억제하고, Sn 이온이 없는 경우에 비해 환원 및 산화 반응을 동시에 증가시키는, 아연공기전극용 알카리성 전해질.As the zinc ion, stannous ion and an alkaline electrolyte for a zinc-air electrode containing KOH, the tin ion is obtained by adding to the electrolyte a SnO, SnO is the addition of 10 -3 M to 5 × 10 -3 M, An alkaline electrolyte for a zinc air electrode, which inhibits formation of a zinc resin phase on a cathode during charge and discharge of the zinc air electrode, and simultaneously increases the reduction and oxidation reaction compared to the case where there is no Sn ion. 아연판 또는 금속 아연 분말로 이뤄진 음극;
다공성 탄소재료 및 산소 산화/환원 반응 촉매로 이뤄진 양극;
제1항의 알칼리성 전해질을 포함하는,
아연 공기 전지.
A negative electrode made of zinc plate or metal zinc powder;
A cathode comprising a porous carbon material and an oxygen oxidation / reduction reaction catalyst;
A method for producing an alkaline electrolyte comprising the steps of:
Zinc air battery.
삭제delete 제2항에 있어서,
상기 음극의 아연판 또는 분말에는 부분적으로 주석 원자가 부분적으로 고용체를 형성함을 특징으로 하는,
아연 공기 전지.
3. The method of claim 2,
Characterized in that in the zinc plate or powder of the negative electrode partly the tin atoms partially form solid solution,
Zinc air battery.
제4항에 있어서,
상기 주석은 정방정계 구조를 가지고,
상기 아연은 6방정계 밀집 구조를 가짐을 특징으로 하는,
아연 공기 전지.
5. The method of claim 4,
The tin has a tetragonal structure,
Characterized in that the zinc has a hexavalent densified structure,
Zinc air battery.
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