KR102607004B1 - 산화 포스포린이 코팅된 아연 이온 전극 및 이를 포함하는 아연 이온 배터리, 및 상기 전극을 제조하는 방법 - Google Patents
산화 포스포린이 코팅된 아연 이온 전극 및 이를 포함하는 아연 이온 배터리, 및 상기 전극을 제조하는 방법 Download PDFInfo
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Abstract
산화 포스포린이 코팅된 아연 이온 전극 및 이를 포함하는 아연 이온 배터리, 및 상기 전극을 제조하는 방법이 개시된다. 산화 포스포린이 코팅된 아연 이온 전극을 제조하는 방법은, 포스포린을 단층 또는 2 내지 10개 이하의 층으로 박리시키는 제1 단계; 상기 포스포린의 표면을 산화시켜 산화 포스포린을 형성하는 제2 단계; 및 산성 수용액 내에서 상기 산화 포스포린과 아연 입자를 반응시켜 상기 아연 입자의 표면을 상기 산화 포스포린으로 코팅하는 제3 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 산화 포스포린이 코팅된 아연 이온 전극 및 이를 포함하는 아연 이온 배터리, 및 상기 전극을 제조하는 방법에 관한 것이다.
현재 화석 연료의 소비 증가와 그로 인한 기후 변화, 대기 오염 및 환경 문제들이 야기되고 있기 때문에, 지속 가능한 개발을 위하여 친환경 에너지 저장장치가 꾸준히 연구되고 있다.
기존의 에너지 저장장치 중 하나인 리튬 이온 배터리는 높은 에너지 밀도와 긴 사이클 수명의 특성을 가지고 있지만, 리튬 매장량의 한계로 인해 가격 상승과 증가하는 수요를 충족시키기에 부족하다는 단점이 있다. 따라서, 차세대 이차 전지의 개발이 요구되고 있는데, 그 중 아연의 높은 이론 용량(~820mAh g-1), 낮은 가격, 수계 전해질과의 안정성으로 인하여 아연 이온 전지가 각광받고 있다.
하지만, 아연 이온 전지의 음극으로 사용되는 아연 금속은, 충방전 과정 중 부반응으로 수지상 결정(dendrite)이 비가역적으로 형성되고, 이는 아연 이온 전지의 성능을 감소시키기 때문에, 이를 해결하기 위해 장기간 충방전 과정 중의 전기화학적 안정성 개선이 이루어진 신규한 아연 이온 전지의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 일 목적은, 산화 포스포린이 코팅된 아연 이온 전극을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 전극을 포함하는 아연 이온 배터리를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 전극을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 아연 이온 전극의 제조 방법은, 포스포린을 단층 또는 2 내지 15개 이하의 층으로 박리시키는 제1 단계; 상기 포스포린의 표면을 산화시켜 산화 포스포린을 형성하는 제2 단계; 및 산성 수용액 내에서 상기 산화 포스포린과 아연 입자를 반응시켜 상기 아연 입자의 표면을 상기 산화 포스포린으로 코팅하는 제3 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 단계는 용매 내에서 벌크상 포스포린에 초음파를 인가하여 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 단계는 용매 내에 벌크상 포스포린을 0.5 내지 1.5mg/mL의 농도로 분산시켜 초음파를 인가하여 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 단계에서, 상기 산화 포스포린은 상기 박리된 포스포린 표면에 오존을 인가하여 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 단계에서, 상기 산화 포스포린은 상기 박리된 포스포린의 표면에 1 내지 3 L/min의 유량으로 20 내지 40초 동안 오존을 인가하여 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제3 단계 이전에 수행되고, 산을 이용하여 아연의 표면 산화막을 제거하는 전처리 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전처리 단계는 20 내지 40분 동안 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 산화 포스포린 및 아연 입자의 반응은 4 내지 8 시간 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 산화 포스포린 및 아연 입자의 반응은 교반을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제3 단계 내 산화 포스포린의 농도는 0.25mg/mL 내지 0.75mg/mL인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제3 단계 내 산성 수용액은 산화 포스포린을 포함하는 0.04 내지 0.08M의 염산 수용액인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 아연 이온 전극은, 도전성 집전체; 및 상기 집전체 일면 상에 형성된 활물질층을 포함하고, 상기 활물질층은 아연 입자 및 상기 아연 입자 표면을 코팅하는 산화 포스포린을 구비하는 활물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 아연 이온 배터리는, 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 일면 상에 형성된 양극 활물질층을 포함하는 양극 구조체; 음극 집전체 및 상기 양극 구조체와 마주보는 상기 음극 집전체의 일면 상에 형성된 음극 활물질층을 포함하는 음극 구조체; 상기 양극 구조체 및 상기 음극 구조체 사이에 위치하는 분리막; 및 상기 양극 구조체와 상기 음극 구조체 사이의 공간을 충진하는 전해질;을 포함하고, 상기 음극 활물질층은 아연 입자 및 상기 아연 입자의 표면을 코팅하는 산화 포스포린을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전해질은 1 내지 2M 농도의 황산 아연 수용액을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존에 사용되던 아연 금속의 전기화학적 사이클 안전성 문제를 아연 금속 표면에 산화 포스포린을 코팅시키는 것에 의해 해결할 수 있어, 전극 표면 상의 불균일한 수지상 결정 성장을 억제하여 전지의 에너지 저장 능력 성능을 개선시킬 수 있다.
도 1은 비교예의 아연 금속 표면 SEM 이미지이다.
도 2는 실시예1의 아연 금속 표면 SEM 이미지이다.
도 3은 실시예1 및 비교예의 아연 금속 XRD 패턴 그래프이다.
도 4는 실시예1 및 비교예의, 아연 금속과 포스포린의 Raman 스펙트럼 그래프이다.
도 5는 실시예1 및 비교예의, 상이한 수치의 5개 전류를 이용한 5번의 반복적인 충방전에 따른 전압 그래프이다.
도 6은 실시예1 및 비교예의, 1mA/cm2의 전류를 이용한 반복적인 충방전에 따른 시간에 대한 전압 그래프이다.
도 2는 실시예1의 아연 금속 표면 SEM 이미지이다.
도 3은 실시예1 및 비교예의 아연 금속 XRD 패턴 그래프이다.
도 4는 실시예1 및 비교예의, 아연 금속과 포스포린의 Raman 스펙트럼 그래프이다.
도 5는 실시예1 및 비교예의, 상이한 수치의 5개 전류를 이용한 5번의 반복적인 충방전에 따른 전압 그래프이다.
도 6은 실시예1 및 비교예의, 1mA/cm2의 전류를 이용한 반복적인 충방전에 따른 시간에 대한 전압 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 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.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "함유"한다고 할 때, 이는 특별히 달리 정의되지 않는 한, 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
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 의미를 가지고 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 아연 이온 전극은, 포스포린을 단층 또는 2 내지 15개 이하의 층으로 박리시키는 제1 단계; 상기 포스포린의 표면을 산화시켜 산화 포스포린을 형성하는 제2 단계; 및 산성 수용액 내에서 상기 산화 포스포린과 아연 입자를 반응시켜 상기 아연 입자의 표면을 상기 산화 포스포린으로 코팅하는 제3 단계;를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
포스포린은, 인(P)에 고온?고압?* 가하여 형성된 흑린(black phosporus)을 원자 한 층 두께로 떼어낸, 머리카락 굵기의 10만분의 1수준의 0.5nm 두께의 박막 구조를 갖는 신소재이다. 그래핀과 유사한 육각 허니콤 형태의 원자 배열을 갖고 있지만, 그래핀과 달리 밴드 갭(에너지 준위 차)이 있어서 전류를 제어하기가 용이하다. 2차원 포스포린은 전극 표면에서 물리적 또는 산화???* 반응에 의해 에너지를 저장하는 슈퍼커패시터 메커니즘을 나타내며, 급속 충방전이 가능하고 높은 출력과 긴 수명의 특성을 갖는다. 이러한 특성에 의해, 포스포린은, 고성능 반도체, 2차전지, 및 친환경 광촉매 등에서 활용 가능하다.
상기 제1 단계는 용매 내에서 벌크상 포스포린에 초음파를 인가하여 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 벌크상 포스포린에 초음파를 인가하는 것은, Tip sonication을 통해 수행될 수 있다. 또한, 상기 벌크상 포스포린에 초음파를 인가하는 것은, 15분 동안 수행될 수 있고, 45%의 전력을 사용할 경우 3시간 동안 수행될 수 있다.
이때의 용매 내 벌크상 포스포린의 농도는 0.5 내지 1.5mg/mL일 수 있다.
또한, 상기 벌크상 포스포린에 초음파를 인가할 때 사용되는 용매로써 물 또는 NMP가 사용될 수 있고, 바람직하게는 물이 사용될 수 있다.
상기 초음파 인가 과정을 통해, 벌크형 포스포린 층간의 반데르발스 힘이 파괴되어 벌크형 포스포린이 단층 내지 소수의 층을 포함하는 포스포린으로 박리가 일어날 수 있다.
상기 제2 단계에서, 상기 산화 포스포린은 상기 박리된 포스포린 표면에 오존을 인가하여 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
오존을 인가하는 오존화학을 통해, 상기 단층 또는 소수의 층을 포함하는 포스포린 표면에 산화된 인 관능기(P=O)를 형성하여 표면 산화-환원 반응을 발현시켰다. 상기와 같이 형성된 산화된 P=O가 수소 이온과 결합하면서, 충방전 시에 P=O가 분자 레벨의 레독스 기능기로 작동할 수 있다.
이때, 상기 산화 포스포린은 상기 박리된 포스포린의 표면에 1 내지 3 L/min, 바람직하게는 2 L/min의 유량으로 20 내지 40초 동안, 바람직하게는 30초 동안 오존을 인가하여 형성될 수 있다.
산성 수용액 내에서 상기 산화 포스포린과 아연 입자를 반응시키기 이전에, 산을 이용하여 아연의 표면 산화막을 제거하는 전처리 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 전처리 단계는, 아연의 표면과 산화 포스포린의 반응을 보다 원활하게 일어날 수 있도록 하며, 여기서, 상기 전처리 단계는 20 내지 40분 동안, 바람직하게는 30분 동안 수행될 수 있다. 이때, 상기 아연의 표면 산화막을 제거하기 위해, 0.1M의 염산 수용액이 사용될 수 있다.
상기 제3 단계에서, 상기 산화 포스포린 및 아연 입자의 반응은 4 내지 8 시간, 바람직하게는 6시간 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 산화 포스포린 및 아연 입자의 반응은 교반을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 제3 단계 내 산화 포스포린의 농도는 0.25mg/mL 내지 0.75mg/mL, 바람직하게는 0.05mg/mL인 것을 특징으로 할 수 있다.
제3 단계 내 산성 수용액은 산화 포스포린을 포함하는 0.04 내지 0.08M, 바람직하게는 0.06M의 염산 수용액인 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 산화 포스포린의 분산액에 시중에서 시판되는 35% 농도의 HCl 수용액을 소량 첨가하는 방식으로 상기 산성 수용액을 제조한다.
상기 제조 방법을 통해 제조되는 아연 이온 전극은, 도전성 집전체; 및 상기 집전체 일면 상에 형성된 활물질층을 포함하고, 상기 활물질층은 아연 입자 및 상기 아연 입자 표면을 코팅하는 산화 포스포린을 구비하는 활물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 아연 이온 배터리는, 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 일면 상에 형성된 양극 활물질층을 포함하는 양극 구조체; 음극 집전체 및 상기 양극 구조체와 마주보는 상기 음극 집전체의 일면 상에 형성된 음극 활물질층을 포함하는 음극 구조체; 상기 양극 구조체 및 상기 음극 구조체 사이에 위치하는 분리막; 및 상기 양극 구조체와 상기 음극 구조체 사이의 공간을 충진하는 전해질;을 포함하고, 상기 음극 활물질층은 아연 입자 및 상기 아연 입자의 표면을 코팅하는 산화 포스포린을 포함할 수 있다.
상기 아연 이온 배터리의 구성 요소 중, 상기 전해질은 1 내지 2M, 바람직하게는 2M 농도의 황산 아연 수용액을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 아연 이온 배터리의 분리막으로서 Glass fiber 분리막이 사용될 수 있다.
이하 본 발명의 다양한 실시예들 및 실험예들에 대해 상술한다. 다만, 하기의 실시예들은 본 발명의 일부 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
<실시예>
실시예1:
벌크형 포스포린 40mg을 분쇄하여 40mL 증류수와 혼합한 뒤, 3시간 동안 45%의 전력으로 Tip sonication하여 단층 또는 2 내지 15개 이하의 층으로 박리시켰다.
이후, 오존 발생기를 이용하여 2L/min의 유량으로 30초 동안 오존 처리하여, 박리된 포스포린의 표면에 산소 관능기를 도입시켰고, 산화 포스포린을 수득했다.
아연 금속을 0.1M의 염산 수용액에 30분 동안 담지시켜 표면의 산화막을 제거했다. 표면의 산화막이 제거된 아연 금속을, 산화 포스포린으로 표면 코팅하기 위해, 0.5mg/mL의 산화 포스포린 분산액 36mL 및 35% HCl 수용액 200uL와 함께 6시간 동안 교반시켰다.
상기 교반 이후, 아연 금속을 증류수로 세척하여 코팅되지 않은 잔여 포스포린을 제거하였고 여분의 물은 와이퍼로 흡수 제거하였다.
상기 산화 포스포린으로 코팅된 아연 금속을 포함하는 전지를 제조하기 위해, 상기 산화 포스포린으로 코팅된 아연 금속을 양극 및 음극으로 사용하였다. 상기 전지의 양극 사이의 분리막으로 유리 섬유 분리막을 사용하였고, 상기 전지의 전해질로는 2M 황산 아연 수용액을 사용하였다. 상기 전지의 유형은 2032 유형의 코인 전지로 제작하였다.
비교예:
포스포린이 코팅되지 않은 아연 금속을 양극 및 음극으로 사용하는 것 외에, 실시예1의 구조와 동일한 전지를 사용하였다.
<실험예>
실험예1: SEM 이미지
포스포린 코팅에 따른 아연 금속 표면의 형태를 확인하기 위하여, 실시예1 및 비교예의 표면 SEM 이미지를 얻었고, 다음의 도 1 및 도 2의 SEM 이미지로 나타내었다.
도 1은 비교예의 아연 금속 표면 SEM 이미지이고, 도 2는 실시예1의 아연 금속 표면 SEM 이미지이다. 산화 포스포린을 코팅하기 전의 아연 금속 표면은 매끄러운 형태를 나타내고, 산화 포스포린을 코팅한 후의 아연 금속 표면은 산화 포스포린이 고르게 분포되어 있음을 확인할 수 있다.
실험예2: XRD 그래프
산화 포스포린 코팅에 따른 성분 차이 및 코팅 후 산화 포스포린의 존재 여부를 확인하기 위하여, 실시예 1 및 비교예의 XRD를 분석했고, 다음의 도 3의 XRD 그래프로 나타내었다.
도 3은 실시예1 및 비교예의 아연 금속 XRD 패턴 그래프이다.
상기 그래프의 (002), (004), 및 (006) plane에 해당하는 부분에서 XRD 신호가 나타나지 않은 비교예와는 달리, 실시예 1은 상기 plane에 해당하는 부분에서 신호가 나타나, 반응 시 투입한 인이 포스포린의 형태로 아연 상에 코팅되었음을 확인할 수 있다.
실험예3: Raman 스펙트럼
산화 포스포린 코팅에 따른 성분 차이 및 코팅 후 산화 포스포린의 존재 여부를 확인하기 위하여, 실시예 및 비교예의 Raman 스펙트럼을 분석했고, 다음의 도 4의 Raman 스펙트럼 그래프로 나타내었다.
도 4는 실시예1 및 비교예의, 아연 금속과 포스포린의 Raman 스펙트럼 그래프이다.
포스포린의 A1g, B2g, 및 A2g의 진동에 해당하는 부분에서 Raman 스펙트럼 피크가 나타나지 않은 비교예와는 달리, 실시예 1은 상기 진동에 해당하는 부분에서 피크가 나타나, 반응 시 투입한 인이 포스포린의 형태로 아연 상에 코팅되었음을 확인할 수 있다.
실험예4: 상이한 전류에서의 충방전 test
전류의 세기에 따른 충방전 과전압을 확인하기 위하여, 실시예 1 및 비교예의 전압-시간 그래프를 분석했고, 다음의 도 5로 나타내었다.
도 5는 실시예1 및 비교예의, 상이한 수치의 5개 전류를 이용한 5번의 반복적인 충방전에 따른 전압 그래프이다.
상기 실시예1 및 비교예에 대해, 1, 2, 3, 4, 및 5mA/cm2의 전류로, 1mAh/cm2씩 5회 충방전을 반복한 뒤, 다시 1mA/cm2의 전류로 1mAh/cm2씩 5회 충방전을 반복한 전압-시간 그래프를 도 5에 도시하였다. 모든 세기의 전류에서, 비교예에 비해 실시예 1에서 낮고 안정적인 과전압을 나타내는데, 이는, 포스포린 코팅에 의해 불규칙적인 아연 stripping/deposition 및 수소 발생 억제가 원활히 작동하는 것을 의미한다.
실험예5: 시간에 따른 충방전 test
충방전 지속에 따른 충방전 과전압을 확인하기 위하여, 실시예 1 및 비교예의 전압-시간 그래프를 분석했고, 다음의 도 6으로 나타내었다.
도 6은 실시예1 및 비교예의, 1mA/cm2의 전류를 이용한 반복적인 충방전에 따른 시간에 대한 전압 그래프이다.
상기 실시예1 및 비교예에 대해, 1mA/cm2의 전류로, 1mAh/cm2씩 지속적으로 충방전을 반복한 전압-시간 그래프를 도 5에 도시하였다. 50시간 이내에 short circuit이 발생하는 비교예에 비해, 포스포린으로 코팅한 실시예 1의 경우에서, 반복되는 충방전이 지속되는 환경에서도 낮은 과전압을 오래 유지하는 것을 확인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명했지만, 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.
Claims (14)
- 포스포린을 단층 또는 2 내지 15개 이하의 층으로 박리시키는 제1 단계;
상기 포스포린의 표면을 산화시켜 산화 포스포린을 형성하는 제2 단계; 및
산성 수용액 내에서 상기 산화 포스포린과 아연 입자를 반응시켜 상기 아연 입자의 표면을 상기 산화 포스포린으로 코팅하는 제3 단계;를 포함하는,
아연 이온 전극의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 단계는 용매 내에서 벌크상 포스포린에 초음파를 인가하여 수행되는,
아연 이온 전극의 제조 방법. - 제2항에 있어서,
상기 제1 단계는 용매 내에 벌크상 포스포린을 0.5 내지 1.5mg/mL의 농도로 분산시켜 초음파를 인가하여 수행되는,
아연 이온 전극의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 단계에서, 상기 산화 포스포린은 상기 박리된 포스포린 표면에 오존을 인가하여 형성되는,
아연 이온 전극의 제조 방법. - 제4항에 있어서,
상기 제2 단계에서, 상기 산화 포스포린은 상기 박리된 포스포린의 표면에 1 내지 3 L/min의 유량으로 20 내지 40초 동안 오존을 인가하여 형성되는,
아연 이온 전극의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제3 단계 이전에 수행되고, 산을 이용하여 아연의 표면 산화막을 제거하는 전처리 단계를 추가로 포함하는,
아연 이온 전극의 제조 방법. - 제6항에 있어서,
상기 전처리 단계는 20 내지 40분 동안 수행되는,
아연 이온 전극의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 산화 포스포린 및 아연 입자의 반응은 4 내지 8 시간 수행되는,
아연 이온 전극의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 산화 포스포린 및 아연 입자의 반응은 교반을 이용하여 수행되는,
아연 이온 전극의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
제3 단계 내 산화 포스포린의 농도는 0.25mg/mL 내지 0.75mg/mL인,
아연 이온 전극의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
제3 단계 내 산성 수용액은 산화 포스포린을 포함하는 0.04 내지 0.08M의 염산 수용액인,
아연 이온 전극의 제조 방법. - 도전성 집전체; 및
상기 집전체 일면 상에 형성된 활물질층을 포함하고,
상기 활물질층은 아연 입자 및 상기 아연 입자 표면을 코팅하는 산화 포스포린을 구비하는 활물질을 포함하고,
상기 활물질층은 포스포린을 단층 또는 2 내지 15개 이하의 층으로 박리시키는 제1 단계; 상기 포스포린의 표면을 산화시켜 산화 포스포린을 형성하는 제2 단계; 및 산성 수용액 내에서 상기 산화 포스포린과 아연 입자를 반응시켜 상기 아연 입자의 표면을 상기 산화 포스포린으로 코팅하는 제3 단계;를 포함하는 제조 방법에 의해 제조된,
아연 이온 전극. - 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 일면 상에 형성된 양극 활물질층을 포함하는 양극 구조체;
음극 집전체 및 상기 양극 구조체와 마주보는 상기 음극 집전체의 일면 상에 형성된 음극 활물질층을 포함하는 음극 구조체;
상기 양극 구조체 및 상기 음극 구조체 사이에 위치하는 분리막; 및
상기 양극 구조체와 상기 음극 구조체 사이의 공간을 충진하는 전해질;을 포함하고,
상기 음극 활물질층은 아연 입자 및 상기 아연 입자의 표면을 코팅하는 산화 포스포린을 포함하고,
상기 음극 활물질층은 포스포린을 단층 또는 2 내지 15개 이하의 층으로 박리시키는 제1 단계; 상기 포스포린의 표면을 산화시켜 산화 포스포린을 형성하는 제2 단계; 및 산성 수용액 내에서 상기 산화 포스포린과 아연 입자를 반응시켜 상기 아연 입자의 표면을 상기 산화 포스포린으로 코팅하는 제3 단계;를 포함하는 제조 방법에 의해 제조된,
아연 이온 배터리. - 제13항에 있어서,
상기 전해질은 1 내지 2M 농도의 황산 아연 수용액을 포함하는,
아연 이온 배터리.
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| KR1020210040206A KR102607004B1 (ko) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | 산화 포스포린이 코팅된 아연 이온 전극 및 이를 포함하는 아연 이온 배터리, 및 상기 전극을 제조하는 방법 |
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| JP2012524363A (ja) * | 2009-04-15 | 2012-10-11 | グラジュエート スクール アット シェンチェン、 ツィングワ ユニバーシティー | 充電可能な亜鉛イオン電池 |
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|---|---|---|---|---|
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| Title |
|---|
| Graphene oxide-modified zinc anode(Chemical Engineering Science 194 (2019) 142-147)* |
| Phosphorene oxide(This journal is ⓒ The Royal Society of Chemistry 2015)* |
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