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ว๊™์ˆ ยท์—ฐ๊ตฌ

์—๋„ˆ์ง€์‹ ์†Œ์žฌ๊ณตํ•™๊ณผ ์•ˆ๊ฑดํ˜• ๊ต์ˆ˜ ์—ฐ๊ตฌํŒ€, ์–‘๊ทน ๊ณ„๋ฉด ์ œ์–ด๋กœ โ€˜์ˆ˜๊ณ„ ์ „์ง€ ์ฒซ ์ถฉยท๋ฐฉ์ „โ€™๋ถ€ํ„ฐ ๊ณ ์„ฑ๋Šฅ ๊ตฌํ˜„

๋“ฑ๋ก์ผ 2026.09.18. ์กฐํšŒ 319

- PEO ๊ธฐ๋ฐ˜ ๊ณ„๋ฉด์ธต์œผ๋กœ MnOโ‚‚ ์–‘๊ทน์˜ ๋ณ„๋„ ํ™œ์„ฑํ™” ๊ณผ์ • ์ œ๊ฑฐ… ๊ณ ์ถœ๋ ฅ·์žฅ์ˆ˜๋ช… ํŠน์„ฑ ํ™•๋ณด
- Zn2+ ์ด๋™ ์ด‰์ง„ ๋ฐ H+ ๊ฒฝ์Ÿ ๋ฐ˜์‘ ์–ต์ œ… ์ฒซ ์‚ฌ์ดํด๋ถ€ํ„ฐ Zn2+ ์ค‘์‹ฌ ๋ฐ˜์‘ ๊ตฌํ˜„
- ์—๋„ˆ์ง€·ํ™”ํ•™๊ณตํ•™ ๋ถ„์•ผ ๊ตญ์ œํ•™์ˆ ์ง€ Chemical Engineering Journal ๊ฒŒ์žฌ

 

์™ผ์ชฝ๋ถ€ํ„ฐ ์•ˆ๊ฑดํ˜• ์—๋„ˆ์ง€์‹ ์†Œ์žฌ๊ณตํ•™๊ณผ ๊ต์ˆ˜, ์žฅ์ธ์„ฑ ์—ฐ๊ตฌ์›

โ–ฒ ์™ผ์ชฝ๋ถ€ํ„ฐ ์•ˆ๊ฑดํ˜• ์—๋„ˆ์ง€์‹ ์†Œ์žฌ๊ณตํ•™๊ณผ ๊ต์ˆ˜, ์žฅ์ธ์„ฑ ์—ฐ๊ตฌ์›


๋™๊ตญ๋Œถฤว๊™๊ต ์—๋„ˆ์ง€์‹ ์†Œ์žฌ๊ณตํ•™๊ณผ ์•ˆ๊ฑดํ˜• ๊ต์ˆ˜(๊ต์‹ ์ €์ž)์™€ ์žฅ์ธ์„ฑ ์—ฐ๊ตฌ์›(์ œ1์ €์ž)์œผ๋กœ ๊ตฌ์„ฑ๋œ ์—ฐ๊ตฌํŒ€์ด ์ฒซ ์ถฉ·๋ฐฉ์ „๋ถ€ํ„ฐ ์•„์—ฐ์ด์˜จ(Zn2+) ์ค‘์‹ฌ์˜ ๋ฐ˜์‘์„ ์œ ๋„ํ•˜๋Š” ์ƒˆ๋กœ์šด ๊ณ„๋ฉด ์ œ์–ด ๊ธฐ์ˆ ์„ ๊ฐœ๋ฐœํ–ˆ๋‹ค. ์ด๋Š” ์ˆ˜๊ณ„ ์•„์—ฐ์ด์˜จ์ „์ง€(Aqueous Zinc-Ion Batteries, AZIBs)์˜ MnO2 ์–‘๊ทน์—์„œ ์š”๊ตฌ๋˜๋˜ ์ „๊ธฐํ™”ํ•™์  ํ™œ์„ฑํ™”(activation) ๊ณผ์ •์„ ์ œ๊ฑฐํ•œ ๊ฒƒ์œผ๋กœ, ์—ฐ๊ตฌํŒ€์€ ํด๋ฆฌ์—ํ‹ธ๋ Œ์˜ฅ์‚ฌ์ด๋“œ(Polyethylene Oxide, ์ดํ•˜ PEO) ๊ธฐ๋ฐ˜ ๊ณ„๋ฉด์ธต์„ ์ด์šฉํ•ด Zn2+์˜ ์ด๋™์„ ์ด‰์ง„ํ•˜๋Š” ZIA(Zn2+-Insertion-Accelerated) ์–‘๊ทน์„ ๊ตฌํ˜„ํ–ˆ๋‹ค.

 

์ˆ˜๊ณ„ ์•„์—ฐ์ด์˜จ์ „์ง€๋Š” ๋ฌผ ๊ธฐ๋ฐ˜ ์ „ํ•ด์งˆ์„ ์‚ฌ์šฉํ•ด ํ™”์žฌ ์œ„ํ—˜์ด ๋‚ฎ์•„ ์ฐจ์„ธ๋Œ€ ๋Œ€๊ทœ๋ชจ ์—๋„ˆ์ง€์ €์žฅ์žฅ์น˜(ESS) ํ›„๋ณด๋กœ ์ฃผ๋ชฉ๋ฐ›๊ณ  ์žˆ์ง€๋งŒ, ๋Œ€ํ‘œ์ ์ธ MnO2 ์–‘๊ทน์€ Zn2+์˜ ๋А๋ฆฐ ํ™•์‚ฐ์œผ๋กœ ์ธํ•ด ์ดˆ๊ธฐ ํ™œ๋ฌผ์งˆ ํ™œ์šฉ๋„๊ฐ€ ๋‚ฎ๊ณ  ์ถฉ๋ถ„ํ•œ ์„ฑ๋Šฅ์„ ํ™•๋ณดํ•˜๊ธฐ ์œ„ํ•ด ๋ณ„๋„์˜ ํ™œ์„ฑํ™” ๊ณผ์ •์ด ํ•„์š”ํ•˜๋‹ค๋Š” ํ•œ๊ณ„๊ฐ€ ์žˆ์—ˆ๋‹ค. ๋˜ํ•œ ์žฅ๊ธฐ ์ถฉ·๋ฐฉ์ „ ๊ณผ์ •์—์„œ ๋ฐœ์ƒํ•˜๋Š” Mn ์šฉ์ถœ๊ณผ ๊ณ„๋ฉด ์—ดํ™”๋Š” ์ „์ง€์˜ ์ถœ๋ ฅ ํŠน์„ฑ๊ณผ ์ˆ˜๋ช…์„ ์ €ํ•˜์‹œํ‚ค๋Š” ์ฃผ์š” ์›์ธ์ด์—ˆ๋‹ค.

 

์—ฐ๊ตฌํŒ€์€ MnO2 ์–‘๊ทน ํ‘œ๋ฉด์— PEO ๊ธฐ๋ฐ˜ ๊ณ„๋ฉด์ธต์„ ํ˜•์„ฑํ•œ ZIA ์–‘๊ทน์„ ๊ฐœ๋ฐœํ•ด ๋ฌธ์ œ๋ฅผ ํ•ด๊ฒฐํ–ˆ๋‹ค. PEO ๊ณ„๋ฉด์ธต์€ ์ „๊ทน๊ณผ ์ „ํ•ด์งˆ ์‚ฌ์ด์˜ ์นœํ™”์„ฑ์„ ๋†’์ด๊ณ  ๊ณ„๋ฉด ์ €ํ•ญ์„ ๋‚ฎ์ถ”๋ฉฐ, Zn2+์˜ ์ด๋™์„ ์ด‰์ง„ํ•œ๋‹ค. ์ด๋ฅผ ํ†ตํ•ด H+์™€ Zn2+ ์‚ฌ์ด์˜ ๊ฒฝ์Ÿ์  ์ด๋™์„ ์–ต์ œํ•˜๊ณ , ๊ธฐ์กด MnO2 ์–‘๊ทน๊ณผ ๋‹ฌ๋ฆฌ ๋ณ„๋„์˜ ์‚ฌ์ „ ํ™œ์„ฑํ™” ๊ณผ์ • ์—†์ด ์ฒซ ์‚ฌ์ดํด๋ถ€ํ„ฐ Zn2+ ์ค‘์‹ฌ์˜ ์ „๊ธฐํ™”ํ•™ ๋ฐ˜์‘์ด ์ง„ํ–‰๋˜๋„๋ก ์œ ๋„ํ–ˆ๋‹ค. ์‹ค์ œ PEO ๊ณ„๋ฉด์ธต ์ ์šฉ ํ›„ ์ „ํ•ด์งˆ ์ ‘์ด‰๊ฐ์€ ๊ธฐ์กด ์–‘๊ทน์˜ 121o์—์„œ 37o๋กœ ํฐ ํญ์œผ๋กœ ๊ฐ์†Œํ–ˆ์œผ๋ฉฐ, ์ „ํ•ด์งˆ ์ –์Œ์„ฑ์ด ํ–ฅ์ƒ๋๋‹ค.

 

๋˜ํ•œ, ์—ฐ๊ตฌํŒ€์€ GITT, EIS, XRD ๋ฐ XPS ๋ถ„์„์„ ํ†ตํ•ด ZIA ์–‘๊ทน์˜ ์ž‘๋™ ์›๋ฆฌ๋ฅผ ๊ทœ๋ช…ํ–ˆ๋‹ค. ZIA ์–‘๊ทน์€ ๊ธฐ์กด ์–‘๊ทน๋ณด๋‹ค ๋น ๋ฅธ Zn2+ ์ด๋™ ํŠน์„ฑ์„ ๋‚˜ํƒ€๋ƒˆ์œผ๋ฉฐ, ํŠนํžˆ Zn2+ ์‚ฝ์ž… ์˜์—ญ์—์„œ ์•ฝ ํ•œ ์ž๋ฆฟ์ˆ˜ ๋†’์€ ํ™•์‚ฐ๊ณ„์ˆ˜๋ฅผ ๋ณด์˜€๋‹ค. ๋˜ํ•œ ๋น„๊ฐ€์—ญ์  H+ ์‚ฝ์ž…๊ณผ MnOOH ํ˜•์„ฑ์ด ์–ต์ œ๋ผ PEO ๊ณ„๋ฉด์ธต์ด Zn2+ ์ค‘์‹ฌ์˜ ๋ฐ˜์‘๊ณผ MnO2 ๊ตฌ์กฐ ์•ˆ์ •ํ™”๋ฅผ ์œ ๋„ํ•˜๋Š” ๊ฒƒ์„ ํ™•์ธํ–ˆ๋‹ค.

 

ZIA ์–‘๊ทน์€ ํ™œ์„ฑํ™” ๊ณผ์ • ์—†์ด 0.2C์—์„œ 265.7 mAh g-1, 2C์—์„œ๋„ 127.8 mAh g-1์˜ ๋†’์€ ์šฉ๋Ÿ‰์„ ๋‚˜ํƒ€๋ƒˆ์œผ๋ฉฐ, ์ถฉ·๋ฐฉ์ „ ํ›„ Mn ์šฉ์ถœ๋Ÿ‰๋„ ๊ธฐ์กด ์–‘๊ทน ๋Œ€๋น„ ์•ฝ 52% ๊ฐ์†Œํ–ˆ๋‹ค. ๋˜ํ•œ ๊ณ ์งˆ๋Ÿ‰ ์ „๊ทน๊ณผ 300ํšŒ ์ถฉ·๋ฐฉ์ „ํ•œ ํŒŒ์šฐ์น˜์…€์—์„œ๋„ ํ–ฅ์ƒ๋œ ์‚ฌ์ดํด ์•ˆ์ •์„ฑ์„ ๋ณด์—ฌ ์‹ค์ œ ESS ์ ์šฉ ๊ฐ€๋Šฅ์„ฑ์„ ํ™•์ธํ–ˆ๋‹ค.

 

์•ˆ๊ฑดํ˜• ๊ต์ˆ˜๋Š” “์ด๋ฒˆ ์—ฐ๊ตฌ๋Š” ๊ณ„๋ฉด์—์„œ ์ด์˜จ ์ด๋™์„ ์ œ์–ดํ•ด ๋ณ„๋„์˜ ํ™œ์„ฑํ™” ๊ณผ์ • ์—†์ด ์ฒซ ์‚ฌ์ดํด๋ถ€ํ„ฐ Zn2+ ์ค‘์‹ฌ ๋ฐ˜์‘์„ ๊ตฌํ˜„ํ•œ ์ƒˆ๋กœ์šด ์ „๊ทน ์„ค๊ณ„ ์ „๋žต”์ด๋ผ๋ฉฐ “AI ๋ฐ์ดํ„ฐ์„ผํ„ฐ์™€ ๋Œ€๊ทœ๋ชจ ESS์— ์ ์šฉํ•  ์ˆ˜ ์žˆ๋Š” ์•ˆ์ „ํ•˜๊ณ  ์žฅ์ˆ˜๋ช…์˜ ์ˆ˜๊ณ„ ์•„์—ฐ์ด์˜จ์ „์ง€ ๊ฐœ๋ฐœ์— ๊ธฐ์—ฌํ•  ๊ฒƒ์œผ๋กœ ๊ธฐ๋Œ€ํ•œ๋‹ค”๊ณ  ๋ฐํ˜”๋‹ค.

 

์ด๋ฒˆ ์—ฐ๊ตฌ๋Š” ์—๋„ˆ์ง€·ํ™”ํ•™๊ณตํ•™ ๋ถ„์•ผ ๊ตญ์ œํ•™์ˆ ์ง€ Chemical Engineering Journal์— “Interfacial engineering-enabled activation-free Zn2+-dominated kinetics in MnO2 cathodes for aqueous zinc-ion batteries”๋ผ๋Š” ์ œ๋ชฉ์œผ๋กœ ๊ฒŒ์žฌ๋๋‹ค. ๋…ผ๋ฌธ์€ 2026๋…„ 8์›” 22์ผ ๊ฒŒ์žฌ ์Šน์ธ๋์œผ๋ฉฐ 8์›” 24์ผ ์˜จ๋ผ์ธ ๊ณต๊ฐœ๋๋‹ค.

 

ํ•œํŽธ, ์ด๋ฒˆ ์—ฐ๊ตฌ๋Š” ํ•œ๊ตญ์—ฐ๊ตฌ์žฌ๋‹จ(NRF) ์ค‘๊ฒฌ์—ฐ๊ณ„ ์‹ ์ง„ํ›„์† ์‚ฌ์—…, ์‚ฐ์—…ํ†ต์ƒ์ž์›๋ถ€ ๊ธฐ์ˆ ํ˜์‹  ์‚ฌ์—…, ํ•œ๊ตญ์ „๊ธฐ์—ฐ๊ตฌ์›(KERI) ๊ธฐ๋ณธ์‚ฌ์—…์˜ ์ง€์›์„ ๋ฐ›์•„ ์ˆ˜ํ–‰๋˜์—ˆ๋‹ค.