KR20220145962A - Zinc metal electrode formed by artifitcial layers and method of menufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 아연 금속 전극 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아연 금속과 14족 또는 15족에서 선택된 1종 이상의 물질과의 표준 환원 전위차를 이용한 치환 반응을 통해 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극 및 그 제조 방법을 제조함으로써 제조공정이 쉽고 간단한 아연 금속 전극 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a zinc metal electrode and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a zinc metal having an artificial interface layer formed through a substitution reaction using a standard reduction potential difference between a zinc metal and at least one material selected from Group 14 or Group 15. It relates to a zinc metal electrode and a method for manufacturing the same, which is easy and simple to manufacture by manufacturing an electrode and a method for manufacturing the same.
아연 이온 전지 (Zinc-ion battery)는 높은 안전성, 자원 가용성 및 친환경성으로 인해 차세대 에너지 저장 시스템의 유력한 후보이다. Zinc-ion batteries are strong candidates for next-generation energy storage systems due to their high safety, resource availability and environmental friendliness.
하지만, 아연 이온 전지에 포함된 아연 금속 전극은 불안정한 성질이 있어 아연 이온 전지의 실용화는 아직 어려운 실정이다. However, since the zinc metal electrode included in the zinc ion battery has unstable properties, it is still difficult to put the zinc ion battery into practical use.
상기 아연 금속 전극은 1) 아연 금속 표면의 수지상 형성 및 2) 아연 금속 표면에서의 수소 발생 반응(HER)이 일어나는 문제가 있다. The zinc metal electrode has a problem in that 1) dendritic formation on the zinc metal surface and 2) hydrogen evolution reaction (HER) occur on the zinc metal surface.
이때, 아연 금속 전극에 수지상이 형성된 경우, 낮은 쿨롱 효율 (CE)을 일으키며 심한 경우 분리막을 뚫고 전지를 단락 시킬 수 있어 안전상의 문제를 일으킬 수 있다. At this time, when a dendritic phase is formed on the zinc metal electrode, low coulombic efficiency (CE) is caused, and in severe cases, the battery may be short-circuited through the separator, which may cause safety problems.
이때, 아연 금속 전극에 형성된 수지상은 접착력이 낮아 음극에서 쉽게 분리되어 "죽은 아연"을 형성하여 음극의 용량을 영구적으로 감소시킬 수 있다. At this time, the dendrite formed on the zinc metal electrode has a low adhesive strength and is easily separated from the negative electrode to form "dead zinc", which can permanently reduce the capacity of the negative electrode.
또한, 아연 금속 표면에서의 수소 발생 반응(HER)이 일어나는 경우, 전해질 용매에 해당하는 물을 소비하고 음극 표면을 부식시킨다. In addition, when hydrogen evolution reaction (HER) occurs on the surface of zinc metal, water corresponding to the electrolyte solvent is consumed and the surface of the anode is corroded.
또한, 이때 생성된 수소 기체는 전해질 손실과 전지 팽창을 유발한다. In addition, the hydrogen gas produced at this time causes electrolyte loss and battery expansion.
아연 금속 전극의 이러한 문제는 아연 이온 전지의 성능을 크게 저하시킨다. This problem of the zinc metal electrode greatly degrades the performance of the zinc ion battery.
최근 아연 금속 전극의 구조 설계, 전극-전해질 계면의 제어 및 전해질 조성의 최적화를 하여 아연 음극의 최적화를 위한 다양한 전략이 제시되었다. Recently, various strategies for optimizing a zinc anode have been proposed by designing the structure of a zinc metal electrode, controlling the electrode-electrolyte interface, and optimizing the electrolyte composition.
하지만, 이러한 방법은 아연 수상 돌기 및 수소 발생 반응(HER)의 문제를 억제하는 데 효과적이나, 아연 전극의 가역성과 안전성이 저하되는 문제가 있었다.However, although this method is effective in suppressing the problems of zinc dendrites and hydrogen evolution reaction (HER), there is a problem in that the reversibility and safety of the zinc electrode are deteriorated.
따라서, 아연 금속 표면에 수지상이 형성되는 것을 억제하는 효과적이고 저렴한 방법이 필요하다. Therefore, there is a need for an effective and inexpensive method for suppressing the formation of dendrites on the surface of zinc metal.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 아연 금속과 14족 또는 15족에서 선택된 1종 이상의 물질과의 표준 환원 전위차를 이용한 치환 반응을 통해 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention in order to solve the problems of the prior art as described above is that an artificial interface layer is formed through a substitution reaction using a standard reduction potential difference between a zinc metal and at least one material selected from Group 14 or Group 15. To provide a zinc metal electrode and a method for manufacturing the same.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. There will be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above technical object, an embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a zinc metal electrode formed with an artificial interface layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극 제조방법은, A method for manufacturing a zinc metal electrode having an artificial interface layer formed thereon according to an embodiment of the present invention,
아연 금속을 준비하는 단계; preparing zinc metal;
상기 아연 금속의 표면산화막을 제거하는 전처리 단계; 및a pretreatment step of removing the surface oxide film of the zinc metal; and
상기 아연 금속 보다 표준 환원 전위가 크고 14족 또는 15족 물질을 포함하는 용액에 상기 전처리된 아연 금속을 투입하여 상기 아연 금속 표면에 인공계면층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다. and forming an artificial interface layer on the surface of the zinc metal by adding the pretreated zinc metal to a solution containing a group 14 or 15 material having a higher standard reduction potential than the zinc metal.
또한, 상기 전처리 단계에서, 상기 아연 금속의 표면산화막은 물리적인 마찰에 의해 제거 되거나 산 처리를 통해 제거될 수 있다.In addition, in the pretreatment step, the surface oxide film of the zinc metal may be removed by physical friction or may be removed through acid treatment.
또한, 상기 아연 금속 표면에 인공계면층을 형성하는 단계에서, 화학 치환 반응은 자발적으로 진행 될 수 있다. In addition, in the step of forming the artificial interface layer on the zinc metal surface, the chemical substitution reaction may proceed spontaneously.
또한, 상기 아연 금속 표면에 인공계면층을 형성하는 단계에서, 상기 아연 금속 보다 표준 환원 전위가 크고 14족 또는 15족에서 선택된 1종 이상의 물질과 아연 금속이 화학 치환 반응할 수 있다. In addition, in the step of forming the artificial interface layer on the surface of the zinc metal, the zinc metal may undergo a chemical substitution reaction with at least one material selected from Group 14 or Group 15 having a higher standard reduction potential than that of the zinc metal.
또한, 상기 아연 금속 표면에 인공계면층을 형성하는 단계에서, 상기 인공계면층이 형성되는 반응은 20°C 내지 40°C인 온도에서 진행될 수 있다. In addition, in the step of forming the artificial interface layer on the surface of the zinc metal, the reaction in which the artificial interface layer is formed may proceed at a temperature of 20 °C to 40 °C.
또한, 상기 아연 금속 표면에 인공계면층을 형성하는 단계에서, 상기 아연 금속 보다 표준 환원 전위가 큰 14족 또는 15족 원소 물질을 포함하는 용액의 농도는 0.1mol/L 내지 0.5mol/L 일 수 있다.In addition, in the step of forming the artificial interface layer on the surface of the zinc metal, the concentration of the solution containing the group 14 or 15 element material having a larger standard reduction potential than the zinc metal may be 0.1 mol/L to 0.5 mol/L have.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극을 제공한다.In order to achieve the above technical object, an embodiment of the present invention provides a zinc metal electrode formed with an artificial interface layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극은, A zinc metal electrode having an artificial interface layer formed thereon according to an embodiment of the present invention,
아연 금속; 및 상기 아연 금속 표면 상에 인공계면층을 포함하며, 상기 인공 계면층은 상기 아연 금속 보다 표준 환원 전위가 큰 14족 또는 15족에서 선택된 1종 이상 물질과 상기 아연 금속이 화학 치환될 수 있다. zinc metal; and an artificial interface layer on the surface of the zinc metal, wherein the zinc metal may be chemically substituted with one or more materials selected from Groups 14 and 15 having a standard reduction potential greater than that of the zinc metal.
또한, 상기 인공 계면층 물질의 입자의 크기가 20nm 내지 50nm 일 수 있다. Also, the particle size of the artificial interface layer material may be 20 nm to 50 nm.
또한, 표면 임피던스가 1Ω내지 50Ω 일 수 있다. In addition, the surface impedance may be 1Ω to 50Ω.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 아연 금속 전극을 포함하는 아연 이온 전지를 제공한다.In order to achieve the above technical object, an embodiment of the present invention provides a zinc ion battery including a zinc metal electrode.
본 발명의 일 실시예에 따른 아연 금속 전극을 포함하는 아연 이온 전지는,A zinc ion battery comprising a zinc metal electrode according to an embodiment of the present invention,
상기 아연 금속 전극을 포함하는 아연 이온 전지는 상술한 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극 제조방법에 의해 제조될 수 있다. The zinc ion battery including the zinc metal electrode may be manufactured by the above-described method for manufacturing a zinc metal electrode having an artificial interface layer.
또한, 상기 아연 이온 전지는 200 mA/g전류에서 정전류충반전 횟수가 400회 이상일 수 있다. In addition, the zinc ion battery may have a constant current charging/recharging frequency of 400 or more at a current of 200 mA/g.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 아연 금속과 14족 또는 15족에서 선택된 1종 이상의 물질과의 표준 환원 전위차를 이용한 치환 반응을 통해 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극 및 그 제조 방법을 제조함으로써 아연 금속 음극과 전해질 간의 접촉 계면의 안정성을 향상시킬 수 있으며, 아연 수상 돌기의 성장과 아연 금속의 부식 거동을 억제할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, zinc metal electrode with an artificial interface layer is formed through a substitution reaction using a standard reduction potential difference between zinc metal and one or more materials selected from Group 14 or Group 15, and a method for manufacturing the same. The stability of the contact interface between the metal anode and the electrolyte can be improved, and the growth of zinc dendrites and the corrosion behavior of zinc metal can be suppressed.
또한, 상기 인공 계면층은 전지의 분극을 감소시키고 전기화학적 성능을 향상시킬 수 있고, 제조공정이 쉽고 간단하며 저렴한 효과가 있다. In addition, the artificial interfacial layer can reduce the polarization of the battery and improve the electrochemical performance, and the manufacturing process is easy, simple, and inexpensive.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and it should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 아연 금속 전극의 인공계면층 형성을 위한 각각의 물질의 반응식 및 화학적 성질을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Zn|Sn, Zn|Sb 및Zn|Bi 샘플의 SEM 사진이다.
도 4 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Zn|Sn, Zn|Sb, Zn|Bi 샘플의 XRD 패턴 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인공계면층 형성 전 아연 금속과 인공계면층이 형성된 아연 금속의 전기화학 측정 전, 30분 후, 10 사이클 측정 이후 및 20 사이클 측정 이후의 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)을 나타낸 그래프이다.
도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 코팅 전 아연 금속, Zn|Sn, Zn|Sb 및 Zn|Bi 금속 전극이 포함된 대칭 전지의 시간에 따른 전압을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 코팅 전 아연 금속, Zn|Sn, Zn|Sb 및 Zn|Bi 금속을 포함한 Zn-MnO2 배터리의 정전류충방전에 따른 전압 변화를 나타낸 그래프이다. 1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a zinc metal electrode having an artificial interface layer formed thereon according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating a reaction formula and chemical properties of each material for forming an artificial interface layer of a zinc metal electrode according to an embodiment of the present invention.
3 is an SEM photograph of Zn|Sn, Zn|Sb, and Zn|Bi samples according to an embodiment of the present invention.
4 is an XRD pattern graph of Zn|Sn, Zn|Sb, and Zn|Bi samples according to an embodiment of the present invention.
5 is an electrochemical impedance spectroscopy method before, after 30 minutes, after 10 cycles, and after measuring 20 cycles of electrochemical measurement of zinc metal before the formation of the artificial interface layer and the zinc metal on which the artificial interface layer is formed according to an embodiment of the present invention; (EIS) is a graph showing.
6 is a graph showing the voltage over time of a symmetrical battery including zinc metal, Zn|Sn, Zn|Sb, and Zn|Bi metal electrodes before coating according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing voltage changes according to constant current charging and discharging of a Zn-MnO 2 battery including zinc metal, Zn|Sn, Zn|Sb, and Zn|Bi metal before coating according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in several different forms, and thus is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is "connected (connected, contacted, coupled)" with another part, it is not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member interposed therebetween. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1내지 도 2를 참조하여, 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극 제조방법을 설명한다.A method of manufacturing a zinc metal electrode having an artificial interface layer will be described with reference to FIGS. 1 and 2 .
본 발명의 일 실시예에 따른 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극 제조방법을 설명한다.A method for manufacturing a zinc metal electrode having an artificial interface layer according to an embodiment of the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극 제조방법을 나타낸 순서도이다. 1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a zinc metal electrode having an artificial interface layer formed thereon according to an embodiment of the present invention.
인공계면층이 형성된 아연 금속 전극 제조방법은, 아연 금속을 준비하는 단계(S10); 상기 아연 금속의 표면산화막을 제거하는 전처리 단계(S20); 및 상기 아연 금속 보다 표준 환원 전위가 크고 14족 또는 15족 물질을 포함하는 용액에 상기 전처리된 아연 금속을 투입하여 상기 아연 금속 표면에 인공계면층을 형성하는 단계(S30);를 포함할 수 있다. A method of manufacturing a zinc metal electrode having an artificial interface layer formed therein includes the steps of preparing zinc metal (S10); a pretreatment step of removing the surface oxide film of the zinc metal (S20); and forming an artificial interface layer on the surface of the zinc metal by adding the pretreated zinc metal to a solution containing a group 14 or 15 material having a larger standard reduction potential than the zinc metal (S30). .
첫째 단계에서, 아연 금속을 준비하는 단계를 포함할 수 있다. (S10)In a first step, it may include a step of preparing zinc metal. (S10)
둘째 단계에서, 상기 아연 금속의 표면산화막을 제거하는 전처리 단계를 포함할 수 있다. (S20)In the second step, a pretreatment step of removing the surface oxide film of the zinc metal may be included. (S20)
상기 전처리 단계에서, 상기 아연 금속의 표면산화막은 물리적인 마찰에 의해 제거 하거나 산 처리를 통해 제거할 수 있다.In the pretreatment step, the surface oxide film of the zinc metal may be removed by physical friction or by acid treatment.
이때, 물리적인 마찰에 의한 표면산화막 제거는 사포를 이용할 수 있고, 산처리를 통한 표면 산화막 제거는 묽은 염산을 이용할 수 있다. In this case, sandpaper may be used to remove the surface oxide film by physical friction, and dilute hydrochloric acid may be used to remove the surface oxide film through acid treatment.
셋째 단계에서, 상기 아연 금속 보다 표준 환원 전위가 크고 14족 또는 15족 물질을 포함하는 용액에 상기 전처리된 아연 금속을 투입하여 상기 아연 금속 표면에 인공계면층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. (S30)In the third step, the step of forming an artificial interface layer on the surface of the zinc metal by adding the pretreated zinc metal to a solution containing a group 14 or 15 material having a higher standard reduction potential than the zinc metal. (S30)
상기 아연 금속 보다 표준 환원 전위가 큰 14족 또는 15족에서 선택된 1종 이상의 물질과 아연 금속이 화학 치환 반응하여 아연 금속 표면에 인공계면층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. The method may include forming an artificial interface layer on the surface of the zinc metal by chemical substitution reaction of zinc metal with one or more materials selected from Group 14 or Group 15 having a higher standard reduction potential than the zinc metal.
본 발명에 따른 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극은 물질간의 표준 환원 전위차에 의한 산화-환원반응을 이용하여 제조 할 수 있다. The zinc metal electrode with an artificial interface layer according to the present invention can be manufactured using an oxidation-reduction reaction by a standard reduction potential difference between materials.
이때, 상기 아연 이온과 화학 치환 반응을 하는 물질은 상기 아연 금속 보다 표준 환원 전위가 큰 14족 또는 15족에서 선택된 1종 이상의 물질일 수 있다. In this case, the material performing the chemical substitution reaction with the zinc ion may be at least one material selected from Group 14 or Group 15 having a higher standard reduction potential than the zinc metal.
따라서, Zn(s)은 Zn2+(aq)으로 산화되고, 아연 보다 표준 환원 전위가 큰 14족 또는 15족 원소 이온은 고체 상태의 14족 또는 15족 원소로 환원 될 수 있다. Therefore, Zn(s) is oxidized to Zn 2+ (aq), and group 14 or 15 element ions having a higher standard reduction potential than zinc can be reduced to a solid state 14 or 15 group element.
아연 보다 표준 환원 전위가 큰 14족 또는 15족 원소 이온은 예를 들어, 비스무트(Bi), 주석(Sn), 안티몬(Sb) 을 포함할 수 있다. Group 14 or 15 element ions having a higher standard reduction potential than zinc may include, for example, bismuth (Bi), tin (Sn), and antimony (Sb).
또한, 상기 아연 금속 보다 표준 환원 전위가 큰 14족 또는 15족 원소 물질을 포함하는 용액에 상기 전처리된 아연 금속을 투입하여 상기 아연 금속 표면에 인공계면층을 형성할 수 있다. In addition, the pretreated zinc metal may be added to a solution containing a group 14 or group 15 element material having a higher standard reduction potential than the zinc metal to form an artificial interface layer on the surface of the zinc metal.
이때, 상기 아연 금속 보다 표준 환원 전위가 큰 14족 또는 15족 원소 물질을 포함하는 용액의 용질은 염으로서 무수 SnCl2, 무수 SbCl3 및 무수 Bi(NO3)5 또는 상기 염을 포함하는 수화물일 수 있다. At this time, the solute of the solution containing the group 14 or 15 element material having a larger standard reduction potential than the zinc metal is anhydrous SnCl 2 , anhydrous SbCl 3 and anhydrous Bi(NO 3 ) 5 as a salt, or a hydrate containing the salt can
또한, 용매는 에탄올, 에틸렌글리콜 또는 증류수 일 수 있다. In addition, the solvent may be ethanol, ethylene glycol or distilled water.
또한, 상기 인공계면층이 형성되는 반응은 20°C 내지 40°C인 온도에서 진행될 수 있다. In addition, the reaction in which the artificial interface layer is formed may proceed at a temperature of 20 °C to 40 °C.
이때, 상기 반응 온도가 너무 낮은 경우 (<5°C)에는 반응속도 저하로 인해 합성이 매우 느리게 일어날 수 있으며, 온도가 너무 높은 경우 (>60°C)에는 부반응이 일어나는 문제가 있을 수 있다. In this case, when the reaction temperature is too low (<5 °C), the synthesis may occur very slowly due to a decrease in the reaction rate, and when the temperature is too high (>60 °C), there may be a problem that a side reaction occurs.
따라서, 상기 인공계면층이 형성되는 반응은 20°C 내지 40°C인 온도에서 진행될 수 있다. Accordingly, the reaction in which the artificial interface layer is formed may proceed at a temperature of 20 °C to 40 °C.
상기 아연 금속에 인공계면층을 형성하는 반응은 상대적으로 낮은 온도에서 진행 할 수 있으므로, 상온에서 반응을 진행 할 수 있는 장점이 있다. Since the reaction of forming the artificial interface layer on the zinc metal can proceed at a relatively low temperature, there is an advantage that the reaction can proceed at room temperature.
또한, 상기 인공계면층이 형성되는 반응은 6시간 내지 24시간 동안 진행될 수 있다. In addition, the reaction in which the artificial interface layer is formed may proceed for 6 hours to 24 hours.
또한, 상기 아연 금속 보다 표준 환원 전위가 큰 14족 또는 15족 원소 물질을 포함하는 용액의 농도는 0.1mol/L 내지 0.5mol/L 일 수 있다. In addition, the concentration of the solution containing the group 14 or 15 element material having a higher standard reduction potential than the zinc metal may be 0.1 mol/L to 0.5 mol/L.
이때 상기 용액의 농도가 0.1mol/L 내지 0.5mol/L 인 것은 입자의 크기가 커지는 것을 방지하기 위함이다.At this time, the concentration of the solution is 0.1 mol/L to 0.5 mol/L to prevent the particle size from increasing.
또한, 상기 입자크기가 커지는 것을 막음으로써 입자 크기와 농도가 균일한 용액을 만들 수 있다. In addition, it is possible to make a solution having a uniform particle size and concentration by preventing the particle size from increasing.
이때, 상기 화학 치환 반응은 자발적으로 진행 될 수 있다. In this case, the chemical substitution reaction may proceed spontaneously.
도 2를 참조하여 아연 금속 표면에 인공계면층을 형성하는 반응의 자발성을 설명한다. The spontaneity of the reaction to form an artificial interface layer on the zinc metal surface will be described with reference to FIG. 2 .
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 아연 금속 전극의 인공계면층 형성을 위한 각각의 물질의 반응식 및 화학적 성질을 나타내는 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating a reaction formula and chemical properties of each material for forming an artificial interface layer of a zinc metal electrode according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 상기 아연 금속 전극의 인공계면층을 형성하는 화학 반응식, 각각의 물질의 표준 환원 전위 및 깁스에너지를 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 2 , the chemical reaction formula for forming the artificial interface layer of the zinc metal electrode, the standard reduction potential of each material, and the Gibbs energy can be confirmed.
이때, 순수한 아연(Zn) 의 표준 환원 전위는 -0.762V 이고 주석(Sn)의 표준 환원 전위는 -0.136V, 안티몬(Sb)의 표준 환원 전위는 0.241V, 비스무트(Bi)의 표준 환원 전위는 0.308V 인 것을 확인 할 수 있다. At this time, the standard reduction potential of pure zinc (Zn) is -0.762V, the standard reduction potential of tin (Sn) is -0.136V, the standard reduction potential of antimony (Sb) is 0.241V, and the standard reduction potential of bismuth (Bi) is You can confirm that it is 0.308V.
아연 금속 표면에 인공계면층을 형성하는 반응의 자발성을 판단하면, 환원되는 주석(Sn), 안티몬(Sb) 또는 비스무트(Bi)의 표준 환원 전위와 아연(Zn) 의 차이가 양의 값을 나타내는 것을 확인 할 수 있다. Judging the spontaneity of the reaction to form an artificial interface layer on the zinc metal surface, the difference between the standard reduction potential of reduced tin (Sn), antimony (Sb), or bismuth (Bi) and zinc (Zn) indicates a positive value. can check that
또한, 도 2를 참조하면, Zn|Sn, Zn|Sb 및Zn|Bi 샘플 각각의 깁스에너지가 음수인 것으로 보아, 상기 아연 금속 전극의 인공계면층 형성을 위한 화학 치환 반응은 자발적인 반응인 것을 확인 할 수 있다. In addition, referring to FIG. 2 , since the Gibbs energy of each of the Zn|Sn, Zn|Sb, and Zn|Bi samples was negative, it was confirmed that the chemical substitution reaction for forming the artificial interface layer of the zinc metal electrode was a spontaneous reaction. can do.
도 3내지 도5을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극을 설명한다. A zinc metal electrode with an artificial interface layer according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 5 .
인공계면층이 형성된 아연 금속 전극은, 아연 금속; 및 상기 아연 금속 표면 상에 인공계면층을 포함하며, 상기 인공 계면층은 상기 아연 금속 보다 표준 환원 전위가 큰 14족 또는 15족에서 선택된 1종 이상 물질과 상기 아연 금속이 화학 치환될 수 있다. The zinc metal electrode on which the artificial interface layer is formed includes: zinc metal; and an artificial interface layer on the surface of the zinc metal, wherein the zinc metal may be chemically substituted with one or more materials selected from Groups 14 and 15 having a standard reduction potential greater than that of the zinc metal.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Zn|Sn, Zn|Sb 및Zn|Bi 샘플의 SEM 사진이다.3 is an SEM photograph of Zn|Sn, Zn|Sb, and Zn|Bi samples according to an embodiment of the present invention.
상기 Zn|Sn은 아연(Zn) 금속 표면에 주석(Sn)이 포함된 인공계면층이 형성된 것을 나타낼 수 있다.The Zn|Sn may indicate that an artificial interface layer including tin (Sn) is formed on a surface of a zinc (Zn) metal.
상기 SEM사진은 주사전자현미경으로서 가느다란 전자빔을 시료 표면에 주사시켜 2차 전자를 발생하게 하여 입체감 있는 시료의 표면상(象)을 얻기 위한 장치이다.The SEM photograph is a scanning electron microscope, and is a device for obtaining a three-dimensional image of the surface of a sample by scanning a thin electron beam on the sample surface to generate secondary electrons.
또한, 도 3에 삽입된 원형의 이미지는 광학 사진 이미지를 나타낼 수 있다. Also, the circular image inserted in FIG. 3 may represent an optical photographic image.
상기 도 3을 참조하면, 각 원소 별로 특유의 계곡 형태의 인공계면층이 형성되었음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 3 , it can be confirmed that a unique valley-shaped artificial interface layer is formed for each element.
상기 인공 계면층은 결정 구조와 반응 환경이 서로 다르기 때문에 각기 다른 형태를 나타냄을 알 수 있다. It can be seen that the artificial interface layer has different shapes because the crystal structure and the reaction environment are different from each other.
상기 Zn|Sn의 경우, 평균 입자 크기가 약 50nm인 불규칙한 나노 입자로 구성된 협곡 형태의 Sn이 형성할 수 있다.In the case of the Zn|Sn, a canyon-shaped Sn composed of irregular nanoparticles having an average particle size of about 50 nm may be formed.
또한, 상기 Zn|Sb는 매끄러운 표면이 관찰 할 수 있으며, 입자 크기는 20 내지 50nm 일 수 있다. In addition, the Zn|Sb can be observed to have a smooth surface, and the particle size may be 20 to 50 nm.
또한, Zn|Bi은 균일한 성긴 구조를 나타낼 수 있다. Also, Zn|Bi may exhibit a uniform sparse structure.
상기 인공계면층에 포함된 기공의 크기는 약 1μm 일 수 있다.The size of the pores included in the artificial interface layer may be about 1 μm.
이러한 인공계면층을 포함하는 아연 금속 구조는 안정적인 박리 및 도금에 도움이 될 수 있다. A zinc metal structure including such an artificial interfacial layer may be helpful for stable delamination and plating.
즉, 상기 인공 계면층이 형성된 아연 금속 전극은 입자의 크기가 20nm 내지 50nm 일 수 있고, 기공의 크기가 약 1μm로 매우 작기 때문에 이전의 물리적 증착을 한 아연 금속 전극 보다 전기화학적 효율이 더 높을 수 있다. That is, the zinc metal electrode on which the artificial interfacial layer is formed may have a particle size of 20 nm to 50 nm, and since the pore size is very small, about 1 μm, the electrochemical efficiency may be higher than that of the zinc metal electrode previously physically deposited. have.
상기 아연 금속 전극에 형성된 인공 계면층은 2차원 형태의 소재일 수 있다. The artificial interface layer formed on the zinc metal electrode may be a two-dimensional material.
상기 아연 금속 위에 포함된 상기 2차원 형태의 인공계면층은 전기 화학적 성능을 판단할 때, 충전 및 방전 과정에서 아연 이온이 쌓이고 떨어지기를 반복하는 과정을 잘 제어 할 수 있다. The two-dimensional artificial interfacial layer included on the zinc metal can well control the process of repeatedly accumulating and falling zinc ions during charging and discharging when determining electrochemical performance.
따라서, 상기 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극은 전기화학적 성능이 뛰어난 것을 확인 할 수 있다. Therefore, it can be confirmed that the zinc metal electrode with the artificial interface layer has excellent electrochemical performance.
도 4 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Zn|Sn, Zn|Sb, Zn|Bi 샘플의 XRD 패턴 그래프이다.4 is an XRD pattern graph of Zn|Sn, Zn|Sb, and Zn|Bi samples according to an embodiment of the present invention.
상기 XRD패턴은 X-Ray Diffraction 으로서 실험실에서 화학적 조성을 확인 할 수 있는 분석 기법으로서 물질의 내부 미세구조를 밝히는데 유용한 수단이다. The XRD pattern is an X-ray diffraction analysis technique that can confirm the chemical composition in a laboratory, and is a useful means to reveal the internal microstructure of a material.
상기 JDPDS는 물질의 고유한 회절무늬를 분석하여 정리해 놓아 미지의 물질의 회절 무의와 분석하여 이미 알고 있는 JDPDS 레퍼런스와 대조하여 미지의 물질이 무엇인지 알아 낼 수 있다. The JDPDS analyzes and arranges a unique diffraction pattern of a material, and analyzes it with the diffraction significance of the unknown material and compares it with a known JDPDS reference to find out what the unknown material is.
상기 인공계면층이 형성된 아연 금속 음극은 전기화학 측정 전후 모두에서 더 낮은 임피던스를 보여줄 수 있다. The zinc metal anode on which the artificial interfacial layer is formed may show lower impedance both before and after the electrochemical measurement.
도 4를 참조하면, Zn|Sn 샘플의 XRD패턴 경우 Zn 을 나타내는 JDPDS 레퍼런스와 Sn을 나타내는 JDPDS 레퍼런스가 일치함을 보이고 있다. Referring to FIG. 4 , in the case of the XRD pattern of the Zn|Sn sample, it is shown that the JDPDS reference indicating Zn and the JDPDS reference indicating Sn coincide.
또한, Zn|Sb 샘플의 XRD패턴 경우 Zn 을 나타내는 JDPDS 레퍼런스와 Sb 을 나타내는 JDPDS 레퍼런스가 일치함을 보이고 있다. .In addition, in the case of the XRD pattern of the Zn|Sb sample, it is shown that the JDPDS reference indicating Zn and the JDPDS reference indicating Sb match. .
또한, Zn|Bi 샘플의 XRD패턴 경우 Zn 을 나타내는 JDPDS 레퍼런스와 Bi 을 나타내는 JDPDS 레퍼런스가 일치함을 보이고 있다. In addition, in the case of the XRD pattern of the Zn|Bi sample, it is shown that the JDPDS reference indicating Zn and the JDPDS reference indicating Bi coincide.
즉, 각각의 XRD 패턴에서 Sn, Sb 및 Bi의 XRD 패턴이 JCPDS 레퍼런스와 일치함을 보이고 있으므로 아연 금속 위에 인공계면층이 성공적으로 연결되었음을 확인 할 수 있다.That is, since the XRD patterns of Sn, Sb, and Bi in each XRD pattern are shown to be consistent with the JCPDS reference, it can be confirmed that the artificial interface layer is successfully connected on the zinc metal.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인공계면층 형성 전 아연 금속과 인공계면층이 형성된 아연 금속의 전기화학 측정 전, 30분 후, 10 사이클 측정 이후 및 20 사이클 측정 이후의 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)을 나타낸 그래프이다. 5 is an electrochemical impedance spectroscopy method before, after 30 minutes, after 10 cycles, and after measuring 20 cycles of electrochemical measurement of zinc metal before the formation of an artificial interface layer and zinc metal on which an artificial interface layer is formed according to an embodiment of the present invention; (EIS) is a graph showing.
전기화학 임피던스 분광법은 주파수가 다른 미소한 교류 신호를 셀에 부여하여 임피던스를 계측하는 방법이다. Electrochemical impedance spectroscopy is a method of measuring impedance by applying minute AC signals of different frequencies to a cell.
도 5를 참조하면, 10 사이클 측정 이후 및 20 사이클 측정 이후의 임피던스 값은 인공계면층이 형성된 아연 금속의 전기화학 측정 30분 후의 임피던스 값과 비교했을 때, 더 낮은 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 5 , it can be seen that the impedance values after 10 cycles and after 20 cycles are lower when compared with the impedance values after 30 minutes of electrochemical measurement of zinc metal on which the artificial interface layer is formed.
즉, 인공계면층으로 코팅하지 않은 아연 금속에 비해서 인공계면층으로 코팅한 아연 금속의 반응 저항이 감소 한 것을 확인 할 수 있다. That is, it can be confirmed that the reaction resistance of the zinc metal coated with the artificial interface layer is reduced compared to the zinc metal not coated with the artificial interface layer.
인공 계면층이 형성된 아연 금속은 표면에 산화아연 (ZnO) 또는 수산화 아연 Zn(OH)2 의 형성을 방지할 수 있으므로 상기 산화아연 (ZnO) 또는 수산화 아연 Zn(OH)2 의 형성에 의한 전기화학적 성능이 감소되는 것을 방지 할 수 있다. Zinc metal with an artificial interface layer can prevent the formation of zinc oxide (ZnO) or zinc hydroxide Zn(OH) 2 on the surface. performance degradation can be prevented.
Zn|Sn 샘플의 임피던스 최대값은 약 50 Ω이고, Zn|Sb 샘플의 임피던스 최대값은 약 20 Ω이고, Zn|Bi 샘플의 임피던스 최대값은 약 30 Ω일 수 있다. The maximum impedance of the Zn|Sn sample may be about 50 Ω, the maximum impedance of the Zn|Sb sample may be about 20 Ω, and the maximum impedance of the Zn|Bi sample may be about 30 Ω.
따라서, 인공계면층이 형성된 아연 금속 음극은 순수 아연에 비해 과전압이 낮고 수명이 더 길다는 것을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the zinc metal anode with the artificial interface layer has a lower overvoltage and a longer lifespan compared to pure zinc.
따라서, 상기 인공 계면층이 형성된 아연 금속 전극은 표면 전자 전달 임피던스가 1Ω내지 50Ω 일 수 있다. Accordingly, the zinc metal electrode on which the artificial interface layer is formed may have a surface electron transfer impedance of 1Ω to 50Ω.
도 6내지 도7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극을 포함하는 전지를 설명한다. A battery including a zinc metal electrode on which an artificial interface layer is formed according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 7 .
상기 아연 이온 전지는, The zinc ion battery,
인공계면층이 형성된 아연 금속 전극을 포함하는 전지이다.A battery including a zinc metal electrode with an artificial interface layer formed thereon.
상기 아연 이온 전지의 전기화학적 성능은 2 전극 시스템에 의해 평가될 수 있다. The electrochemical performance of the zinc ion cell can be evaluated by a two-electrode system.
또한, 전기 화학적 성능을 평가하는 데 사용되는 각각 전해질은 2M농도의 ZnSO4 일 수 있고 분리막은 유리 극세사 막 (Glass fiber) 일 수 있다.In addition, each electrolyte used to evaluate the electrochemical performance may be a 2M concentration of ZnSO 4 , and the separator may be a glass microfiber membrane.
또한, 아연 이온 전지 제조에 사용되는 양극재는 MnO2 일 수 있다.In addition, the cathode material used for manufacturing the zinc ion battery may be MnO 2 .
도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 코팅 전 아연 금속, Zn|Sn, Zn|Sb 및 Zn|Bi 금속 전극이 포함된 대칭 전지의 시간에 따른 전압을 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the voltage over time of a symmetric battery including zinc metal, Zn|Sn, Zn|Sb, and Zn|Bi metal electrodes before coating according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 각 순수 아연, Zn|Sn, Zn|Sb 및 Zn|Bi의 음극을 포함하는 Zn-MnO2 전지의 200 mAh g-1 에서의 정전류 충방전 프로파일을 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 6 , a constant current charge/discharge profile at 200 mAh g-1 of a Zn-MnO 2 battery including an anode of pure zinc, Zn|Sn, Zn|Sb, and Zn|Bi can be shown.
또한, 아연 금속 음극이 장식 된 Zn-MnO2 전지(음극 Zn, 양극 MnO2 전지)가 순수 아연 기반 전지에 비해 가역 용량이 더 높고 과전압이 더 작다는 것을 보여줄 수 있다. In addition, we can show that Zn-MnO 2 cells decorated with zinc metal anodes (cathode Zn, positive MnO 2 cells) have higher reversible capacity and smaller overvoltage compared to pure zinc-based cells.
또한, 도6을 참조하면, Zn|Sn, Zn|Sb 및 Zn|Bi 금속 전극이 포함된 대칭 전지의 정전류충방전 횟수가 400회 이상 가능한 것을 확인 할 수 있다. In addition, referring to FIG. 6 , it can be confirmed that the number of constant current charging and discharging of a symmetric battery including Zn|Sn, Zn|Sb, and Zn|Bi metal electrodes can be 400 or more times.
이때, 아연 이온 전지가 충전 및 방전이 되는 동안 인공 계면층이 형성된 아연 금속상에 수지상 형성이 되는 것을 억제 하여 전기화학적 활성과 안정성을 높일 수 있다. In this case, the electrochemical activity and stability can be improved by suppressing the formation of dendrites on the zinc metal on which the artificial interface layer is formed during charging and discharging of the zinc ion battery.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 코팅 전 아연 금속, Zn|Sn, Zn|Sb 및 Zn|Bi 금속을 포함한 Zn-MnO2 배터리의 정전류충방전에 따른 전압 변화를 나타낸 그래프이다. 7 is a graph showing voltage changes according to constant current charging and discharging of a Zn-MnO 2 battery including zinc metal, Zn|Sn, Zn|Sb, and Zn|Bi metal before coating according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 코팅 전 아연 금속, Zn|Sn, Zn|Sb 및 Zn|Bi 아연 금속의 Zn-MnO2 배터리의 200mA/g의 전류에서의 정전류충방전 profile확인 할 수 있다. Referring to FIG. 7 , the constant current charge/discharge profile of the Zn-MnO 2 battery of zinc metal, Zn|Sn, Zn|Sb, and Zn|Bi zinc metal before coating can be confirmed at a current of 200 mA/g.
또한, 상기 코팅전 아연 금속보다 인공계면층이 형성된 아연 금속의 경우 전위차가 약 100mV가 감소 한 것을 확인 할 수 있다. In addition, it can be seen that the potential difference is reduced by about 100 mV in the case of the zinc metal having an artificial interface layer formed thereon than the zinc metal before the coating.
따라서, 상기 도 7을 참조하면, 상기 Zn|Sn, Zn|Sb 및 Zn|Bi 아연 금속의 Zn-MnO2 배터리는 코팅 전 아연 금속에 비해 낮은 과전압과 높은 용량 발현을 나타냄을 확인 할 수 있다. Therefore, referring to FIG. 7 , it can be confirmed that the Zn-MnO 2 battery of the Zn|Sn, Zn|Sb, and Zn|Bi zinc metal exhibits low overvoltage and high capacity expression compared to the zinc metal before coating.
제조예production example
먼저, 아연 금속을 직경 1.5mm 로 절단한다. First, the zinc metal is cut to a diameter of 1.5 mm.
다음으로, 아연 금속 표면을 사포와 묽은 염산으로 처리 한다. Next, the zinc metal surface is treated with sandpaper and dilute hydrochloric acid.
다음으로, 에탄올 또는 에틸렌글리콜 용매에 무수SnCl2, 무수SbCl3, 무수Bi(NO3)5 또는 SnCl2 수화물, SbCl3 수화물, Bi(NO3)5 수화물을 투입후 용해 하여 용액을 제조 한다.Next, anhydrous SnCl 2 , anhydrous SbCl 3 , anhydrous Bi(NO 3 ) 5 or SnCl 2 hydrate, SbCl 3 hydrate, and Bi(NO 3 ) pentahydrate are added and dissolved in ethanol or ethylene glycol solvent to prepare a solution.
상기 용액의 농도는 0.1내지 0.5mol/L 일 수 있다. The concentration of the solution may be 0.1 to 0.5 mol/L.
상기 용액에 아연 금속을 투입한다.Zinc metal is added to the solution.
이때, 상기 용액은 20 °C 내지 40 °C 온도에서 6내지 24시간 동안 반응 시킨다. At this time, the solution is reacted at a temperature of 20 °C to 40 °C for 6 to 24 hours.
각각의 아연 금속 판에 대한 용약의 부피는 1내지 5 mL 일 수 있다. The volume of the solvent for each zinc metal plate may be 1 to 5 mL.
본 발명은 자발적인 반응이므로 별도의 과정 없이도 화학 치환 반응이 진행 될 수 있다.Since the present invention is a spontaneous reaction, the chemical substitution reaction may proceed without a separate process.
이때, 상기 화학 치환 반응이 진행되면 아연과 Bi, Sn 또는 Sb 간에 결합이 형성 될 수 있다. At this time, when the chemical substitution reaction proceeds, a bond may be formed between zinc and Bi, Sn or Sb.
상기 결합은 전기화학적 증착법에 따른 물리적인 접착이다.The bonding is a physical bonding according to an electrochemical deposition method.
이때, 상기 용액의 용액 농도, 반응 시간 및 반응 온도를 조절하여 인공계면층의 두께를 조절할 수 있다.In this case, the thickness of the artificial interface layer may be adjusted by adjusting the solution concentration, reaction time, and reaction temperature of the solution.
이로써, 인공 계면층에 포함된 아연 금속 전극을 제조하였다. Thus, a zinc metal electrode included in the artificial interface layer was prepared.
실험예Experimental example
상기 제조예에 의해 제조된 인공 계면층이 형성된 아연 금속 전극을 포함한 에너지 저장 장치(배터리)를 제조 할 수 있다. An energy storage device (battery) including a zinc metal electrode having an artificial interface layer formed by the above Preparation Example can be manufactured.
상기 에너지 저장 장치는 아연 이온 전지일 수 있다.The energy storage device may be a zinc ion battery.
상기 아연 이온 전지는 인공계면층이 형성된 아연 금속을 음극으로 사용하여 제조 된다. The zinc ion battery is manufactured by using a zinc metal having an artificial interface layer as an anode.
이때, 양극은 MnO2 일 수 있다. In this case, the anode may be MnO 2 .
이때, 전해질은 2M 농도의 ZnSO4 일 수 있고 분리막은 유리 극세사 막 (Glass fiber) 일 수 있다. In this case, the electrolyte may be ZnSO 4 having a concentration of 2M, and the separator may be a glass microfiber membrane.
이로써, 인공계면층이 형성된 아연 금속을 포함하는 아연 이온 전지를 제조하였다. Thus, a zinc ion battery including zinc metal with an artificial interface layer was prepared.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (11)
상기 아연 금속의 표면산화막을 제거하는 전처리 단계; 및
상기 아연 금속 보다 표준 환원 전위가 크고 14족 또는 15족 물질을 포함하는 용액에 상기 전처리된 아연 금속을 투입하여 상기 아연 금속 표면에 인공계면층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극 제조방법. preparing zinc metal;
a pretreatment step of removing the surface oxide film of the zinc metal; and
Forming an artificial interface layer on the surface of the zinc metal by adding the pretreated zinc metal to a solution containing a group 14 or 15 material having a higher standard reduction potential than the zinc metal; A method for manufacturing a layered zinc metal electrode.
상기 전처리 단계에서, 상기 아연 금속의 표면산화막은 물리적인 마찰에 의해 제거 되거나 산 처리를 통해 제거되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극 제조방법. The method of claim 1,
In the pretreatment step, the zinc metal electrode manufacturing method with an artificial interface layer, characterized in that the surface oxide film of the zinc metal is removed by physical friction or is removed through acid treatment.
상기 아연 금속 표면에 인공계면층을 형성하는 단계에서, 상기 아연 금속 보다 표준 환원 전위가 크고 14족 또는 15족에서 선택된 1종 이상의 물질과 아연 금속이 화학 치환 반응하여 상기 아연 금속 표면에 인공계면층을 형성하는 것을 특징으로 하는 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극 제조방법. The method of claim 1,
In the step of forming the artificial interface layer on the surface of the zinc metal, a standard reduction potential is higher than that of the zinc metal, and at least one material selected from Groups 14 or 15 and the zinc metal undergo a chemical substitution reaction to form the artificial interface layer on the surface of the zinc metal. A method of manufacturing a zinc metal electrode with an artificial interface layer, characterized in that it forms a.
상기 아연 금속 표면에 인공계면층을 형성하는 단계에서, 상기 화학 치환 반응은 자발적으로 진행 되는 것을 특징으로 하는 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극 제조방법. 4. The method of claim 3,
In the step of forming the artificial interface layer on the zinc metal surface, the chemical substitution reaction is a zinc metal electrode manufacturing method with an artificial interface layer, characterized in that proceeds spontaneously.
상기 아연 금속 표면에 인공계면층을 형성하는 단계에서, 상기 인공계면층이 형성되는 반응은 20°C 내지 40°C인 온도에서 진행되는 것을 특징으로 하는 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극 제조방법.The method of claim 1,
In the step of forming the artificial interface layer on the zinc metal surface, the artificial interface layer forming reaction is carried out at a temperature of 20 °C to 40 °C.
상기 아연 금속 표면에 인공계면층을 형성하는 단계에서, 상기 아연 금속 보다 표준 환원 전위가 큰 14족 또는 15족 원소 물질을 포함하는 용액의 농도는 0.1mol/L 내지 0.5mol/L 인 것을 특징으로 하는 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극 제조방법.The method of claim 1,
In the step of forming the artificial interface layer on the surface of the zinc metal, the concentration of the solution containing the group 14 or 15 element material having a larger standard reduction potential than the zinc metal is 0.1 mol/L to 0.5 mol/L A method for manufacturing a zinc metal electrode with an artificial interface layer formed therein.
상기 아연 금속 표면 상에 인공계면층을 포함하며,
상기 인공 계면층은 상기 아연 금속 보다 표준 환원 전위가 큰 14족 또는 15족에서 선택된 1종 이상 물질과 상기 아연 금속이 화학 치환된 것을 특징으로 하는 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극. zinc metal; and
comprising an artificial interface layer on the zinc metal surface,
The artificial interface layer is a zinc metal electrode with an artificial interface layer, characterized in that the zinc metal is chemically substituted with one or more materials selected from Group 14 or Group 15 having a higher standard reduction potential than the zinc metal.
상기 인공 계면층 물질의 입자의 크기가 20nm 내지 50nm 인 것을 특징으로 하는 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극. 8. The method of claim 7 .
A zinc metal electrode with an artificial interface layer, characterized in that the particle size of the artificial interface layer material is 20 nm to 50 nm.
표면 임피던스가 1 Ω 내지 50 Ω 인 것을 특징으로 하는 인공계면층이 형성된 아연 금속 전극. 8. The method of claim 7 .
A zinc metal electrode with an artificial interface layer, characterized in that the surface impedance is 1 Ω to 50 Ω.
상기 아연 이온 전지는 200 mA/g전류에서 정전류충반전 횟수가 400회 이상인 것을 특징으로 하는 아연 이온 전지.
11. The method of claim 10,
The zinc ion battery is a zinc ion battery, characterized in that the number of constant current charging and recharging at 200 mA/g current is 400 or more.
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