$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

차세대 이차전지용 아연 이온 이차전지 소재 연구 개발 동향
Recent Research Trend of Zinc-ion Secondary Battery Materials for Next Generation Batterie 원문보기

세라미스트 = Ceramist, v.21 no.4, 2018년, pp.312 - 330  

조정근 (전남대학교 신소재공학과) ,  김재국 (전남대학교 신소재공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Energy storage/conversion has become crucial not only to meet the present energy demand but also more importantly to sustain the modern society. Particularly, electrical energy storage is critical not only to support electronic, vehicular and load-levelling applications but also to efficiently comme...

주제어

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
대용량 전력저장 시스템이란? 현재는 전기를 생산하기 위한 시설로 화력발전소, 원자력발전소 등을 이용하지만 화석연료의 고갈과 환경오염, 지구온난화 문제로 인해 풍력이나 태양광 같은 깨끗한 신 재생 에너지를 이용한 안정적인 에너지 생산을 추고하고 있다. 이러한 신재생 에너지 활용 확대를 위해서는 피크 시간대 에너지를 저장했다가 에너지가 필요한 시간 및 부족한 시간에 사용할 수 있도록 에너지를 조절 및 분배하는 대용량 전력저장 시스템(ESS; Energy Storage System)이 필요하다.1-3) (Fig.
리튬 이온 이차전지의 장점은? 이를 위해 각 전지의 특성을 결정하는 원천소재기술 개발에 대한 전 세계적인 경쟁이 본격화 되고 있다. 이러한 전지 중 리튬 이온 이차전지는 높은 에너지 변환효율을 가지며, 유지 및 보수가 간단하여 대용량 전력저장 시스템용 전지로 가장 선호되고 있다. 특히, 리튬 이온 이차전지는 소형 전지시장 및 중대형 전지시장을 통제 할 수 있는 가장 유망한 기술 중 하나이며, 미래의 다양한 애플리케이션을 위한 소비량은 꾸준히 증가할 것으로 예상된다.
아연 이온 이차전지의 문제점은? 대표적인 아연 이온 이차전지는 1950년대에 소개되었으며 음극으로 아연 금속, 양극으로MnO2 및 알칼리성 KOH 전해질로 구성된 Zn//MnO2 전지였으며 현재까지도 휴대용 저장장치에서 활용되고 있다. 그러나 충·방전과정에서 음극 및 양극 표면에 비가역적으로 형성되는 Zn(OH)2, Mn3O4로 인해 전도도 감소와 용량 감소가 발생하며, 이에 따른 에너지 밀도 감소로 인해 활용도가 현저히 낮은 편이다.10-13) 이를 보완하기 위해 2012년 Feiyu Kang 그룹의 연구에서는 전해질로 ZnSO4를 활용하여 약산성 조건으로 만들어 가역적인 아연 이온의 삽·탈리를 확인하였다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (59)

  1. V. Etacheri, R. Marom, R. Elazari, G. Salitra, D. Aurbach, "Challenges in the development of advanced Li-ion batteries: A review" Energy Environ. Sci., 4, 3243-3262 (2011) 

  2. J.W. Fergus, "Developments in cathode materials for lithium ion batteries" J. Power Sources, 195, 939-954 (2010) 

  3. B. Dunn, H. Kamath, J.M. Tarascon, "Electrical energy storage for the grid: A battery of choices" Science, 334, 928-93 5(2011) 

  4. Q. Wang, P. Ping, X. Zhao, G. Chu, J. Sun, C. Chen "Thermal runaway caused fire and explosion of lithium ion battery" J. Power Sources, 208, 210-224 (2012) 

  5. J. Wen, Y. Yu, C. Chen, "A review on lithium-ion batteries safety issues: Existing problems and possible solutions" Mater. Express, 2, 197-212 (2012) 

  6. R.Y. Wang, C.D. Wessells, R.A. Huggins, Y. Cui, "Highly reversible open framework nanoscale electrodes for divalent ion batteries" Nano Lett., 13, 5748-5752 (2013) 

  7. S. Liu, G.L. Pan, G. Li., X.P. Gao, "Copper hexacyanoferrate nanoparticles as cathode material for aqueous Al-ion batteries" J. Mater. Chem. A, 3, 959-962 (2015) 

  8. C. Xu, B. Li, H. Du, F. Kang, "Energetic zinc ion chemistry: The rechargeable zinc ion battery" Angew. Chem. Int. Ed., 51, 933-935 (2012) 

  9. A.R. Mainar, E. Iruin, L.C. Colmenares, A. Kvasha, I. Meatza, M. Bengoechea, O. Leonet, I. Boyano, C. Zhang, J.A. Blazquez, "An overview of progress in electrolytes for secondary zinc-air batteries and other storage systems based on zinc" J. Energy Storage, 15, 304-328 (2018) 

  10. K. Kordesch, P.A. Marsal, L.F. Urry, "Dry cell" US Patent 2960558A (1957) 

  11. W.C. Vosburgh, "The manganese dioxide electrode" J, Electrochem, Soc., 106, 839-845 (1959) 

  12. A. Kozawa, J.F. Yeager, "The cathodic reduction mechanism of electrolytic manganese dioxide in alkaline electrolyte" J. Electrochem. Soc., 112, 959-963 (1965) 

  13. K.J. Vetter, "A general thermodynamic theory of the potential of passive electrodes and its influence on passive corrosion" J. Electrochem. Soc., 110, 597-605 (1963) 

  14. S. Deravaj, N. Munichandraiah, "Effect of crystallographic structure of $MnO_2$ on its electrochemical capacitance properties" J. Phys. Chem. C, 112, 4406-4417 (2008) 

  15. C. Xu, Y. Chen, S. Shi, J. Li, F. Kang, D. Su, "Secondary batteries with multivalent ions for energy storage" Sci. Rep., 5, 14120-14128 (2015) 

  16. M.H. Alfaruqi, J.H. Gim, S.J. Kim, J.J. Song, J.G. Jo, S.H. Kim, V. Mathew, J. Kim, "Enhanced reversible divalent zinc storage in a structurally stable ${\alpha}-MnO_2$ nanorod electrode" J. Power Sources, 288, 320-327 (2015) 

  17. B.E. Lee, H.R. Lee, H.S. Kim, K.Y. Chung, B.W. Cho, S.H. Oh, "Elucidating the intercalation mechanism of zinc ions into ${\alpha}-MnO_2$ for rechargeable zinc batteries" Chem. Commun., 51, 9265-9268 (2015) 

  18. B.E. Lee, C.S. Yoon, H.R. Lee, K.Y. Chung, B.W. Cho, S.H. Oh, "Electro chemically-induced reversible transition from the tunneled to layered polymorphs of manganese dioxide" Sci. Rep., 4, 6066 (2014) 

  19. B.E. Lee, H.R. Seo, H.R. Lee, C.S. Yoon, J.H. Kim, K.Y. Chung, B.W. Cho, S.H. Oh, "Critical role of pH evolution of electrolyte in the reaction mechanism for rechargeable zinc batteries" ChemSusChem, 9, 1-10 (2016) 

  20. H. Pan, Y. Shao, P. Yan, Y. Cheng, K.S. Han, Z. Nie, C.M. Wang, J. Yang, X. Li, P. Bhattacharya, K.T. Mueller, J. Liu, "Reversible aqueous zinc/manganese oxide energy storage from conversion reactions" Nat. Energy, 1, 16039 (2016) 

  21. M.H. Alfaruqi, V. Mathew, J.H. Gim, S.J. Kim, J.J. Song, J.P. Baboo, S.H. Choi, J. Kim, "Electrochemically induced structural transformation in a ${\gamma}-MnO_2$ cathode of a high capacity zinc-ion battery system" Chem. Mater., 27, 3609-3620 (2015) 

  22. M.H. Alfaruqi, J.H. Gim, S.J. Kim, J.J. Song, D.T. Pham, J.G. Jo, Z. Xiu, V. Mathew, J. Kim, "A layered ${\delta}-MnO_2$ nanoflake cathode with high zinc-storage capacities for eco-friendly battery applications" Electrochem. Commun., 60, 121-125 (2015) 

  23. N. Zhang, F. Cheng, J. Liu, L. Wang, X. Long, X. Liu, F. Li, J. Chen, "Rechargeable aqueous zincmanganese dioxide batteries with high energy and power densities" Nat. Commun., 8, 405 (2017) 

  24. S. Islam, M.H. Alfaruqi, J.J. Song, S.J. Kim, D.T. Pham, J.G. Jo, S.H. Kim, V. Mathew, J.P. Baboo, Z. Xiu, J. Kim "Carbon-coated manganese dioxide nanoparticles and their enhanced electrochemical properties for zinc-ion battery applications" J. Energy Chem., 26, 815-819 (2017) 

  25. C. Yuan, Y. Zhang, Y. Pan, X. Liu, G. Wang, D. Cao, "Investigation of the intercalation of polyvalent cations ( $Mg^{2+},\;Zn^{2+}$ ) into $\lambda-MnO_2$ for rechargeable aqueous battery" Electrochim. Acta, 116, 404-412 (2014) 

  26. N. Zhang, F. Cheng, Y. Liu, Q. Zhao, K. Lei, C. Chen, X. Liu, J. Chen, "Cation-deficient spinel $ZnMn_2O_4\;cathode\;in\;Zn(CF_3SO_3)_2$ electrolyte for rechargeable aqueous Zn-ion battery" J. Am. Chem. Soc., 138, 12894-12901 (2016) 

  27. W. Sun, F. Wang, S. Hou, C. Yang, X. Fan, Z. Ma, T. Cao, F. Han, R. Hu, M. Zhu, C. Wang, " $Zn/MnO_2$ battery chemistry with $H^{+}\;and\;Zn^{2+}$ co-insertion" J. Am. Chem. Soc., 13, 9775-9778 (2017) 

  28. B. Wu, G. Zhang, M. Yan, T. Xiong, P. He, L. He, X. Xu, L. Mai, "Graphene scroll-coated ${\alpha}-MnO_2$ nanowires as high-performance cathode materials for aqueous Zn-ion battery" Small, 14(13), 1703850 (2018) 

  29. M.H. Alfaruqi, S. Islam, V. Mathew, J.J. Song, S.J. Kim, D.T. Pham, J.J. Jo, S.H. Kim, J.P. Baboo, Z. Xiu, J. Kim, "Ambient redox synthesis of vanadiumdoped manganese dioxide nanoparticles and their enhanced zinc storage properties" Appl. Surf. Sci., 404, 435-442 (2017) 

  30. J.H. Lee, J.B. Ju, W.I. Cho, B.W. Cho, S.H. Oh, "Todorokite-type $MnO_2$ as a zinc-ion intercalating material". Electrochim. Acta, 112, 138-143 (2013) 

  31. B. Jiang, C. Xu, C. Wu, L. Dong, J. Li, F. Kang, "Manganese Sesquioxide as cathode material for multivalent zinc ion battery with high capacity and long cycle life" Electrochim. Acta, 229, 422-428 (2017) 

  32. J. Hao, J. Mou, J. Zhang, L. Dong, W. Liu, C. Xu, F. Kang, "Electrochemically induced spinel-layered phase transition of $Mn_3O_4$ in high performance neutral aqueous rechargeable zinc battery" Electrochim. Acta, 259, 170-178 (2018) 

  33. H. Li, C. Han, Y. Huang, Y. Huang, M. Zhu, Z. Pei, Q. Xue, Z. Wang, Z. Liu, Z. Tang, Y. Wang, F. Kang, B. Li, C. Zhi, "An extremely safe and wearable solidstate zinc ion battery based on a hierarchical structured polymer electrolyte" Energy Environ. Sci., 11(4), 941-951 (2018) 

  34. Y. Zeng, Y. Zhang, Y. Meng, M. Yu, J. Yi, Y. Wu, X. Lu, Y. Tong, "Achieving ultrahigh energy density and long durability in a flexible rechargeable quasi-solidstate $Zn-MnO_2$ battery" Adv. Mater., 29, 1700274 (2017) 

  35. D. Kundu, D. Adams, V. Duffort, S.H. Vajargah, L.F. Nazar, "A high-capacity and long-life aqueous rechargeable zinc battery using a metal oxide intercalation cathode" Nat. Energy, 1, 16119 (2016) 

  36. P. He, G. Zhang, X. Liao, M. Yan, X. Xu, Q. An, J. Liu, L. Mai, "Sodium ion stabilized vanadium oxide nanowire cathode for high-performance zinc-ion batteries" Adv. Energy Mater., 8(10), 1702463 (2018) 

  37. C. Xia, J. Guo, P. Li, X. Zhang, H.N. Alshareef, "Highly stable aqueous zinc-ion storage using layered calcium vanadium oxide bronze cathode" Angew. Chem. Int. Ed., 57, 1 - 7 (2018) 

  38. M. Yan, P. He, Y. Chen, S. Wang, Q. Wei, K. Zhao, X. Xu, Q. An, Y. Shuang, Y. Shao, K.T. Mueller, L. Mai, J. Liu, J. Yang, "Water-lubricated intercalation in $V_2O_5{\cdot}nH_2O$ for high-capacity and high-rate aqueous rechargeable zinc batteries" Adv. Mater., 30, 1703725 (2018) 

  39. M.H. Alfarugi, V. Mathew, J.J. Song, S.J. Kim, S. Islam, D.T. Pham, J.G. Jo, S.H. Kim, J.P. Baboo, Z. Xiu, K.S. Lee, Y.K. Sun, J. Kim "Electrochemical zinc intercalation in lithium vanadium oxide: A highcapacity zinc-ion battery cathode" Chem. Mater., 29, 1684-1694 (2017) 

  40. P. He, Y. Quan, X. Xu, M. Yan, W. Yang, Q. An, L. He, L. Mai, "High-performance aqueous zinc-ion battery based on layered $H_2V_3O_8$ nanowire cathode". Small, 13, 1702551 (2017) 

  41. P. Hu, T. Zhu, X. Wang, X. Wei, M. Yan, J. Li, W. Luo, W. Yang, W. Zhang, L. Zhou, Z. Zhou, L. Mai, "Highly durable $Na_2V_6O_{16}{\cdot}1.63H_2O$ nanowire cathode for aqueous zinc-ion battery" Nano Lett., 18, 1758-1763 (2018) 

  42. D. Kundu, S.H. Vajargah, L. Wan, B. Adams, D. Prendergast, L.F. Nazar, "Aqueous vs. non-aqueous Zn-ion batteries: consequences of the desolvation penalty at the interface" Energy Environ. Sci., 11(4), 881 (2018) 

  43. B. Sambandam, V. Soundharrajan, S.J. Kim, M.H. Alfaruqi, J.G. Jo, S.H. Kim, V. Mathew, Y.K. Sun, J. Kim, "Aqueous rechargeable Zn-ion batteries: An imperishable and high-energy $Zn_2V_2O_7$ nanowire cathode through intercalation regulation" J. Mater. Chem. A, 5, 3850-3856 (2018) 

  44. C. Xia, J. Guo, Y. Lei, "Rechargeable aqueous zincion battery based on porous framework zinc pyro vanadate intercalation cathode" Adv. Mater., 30, 1705580 (2018) 

  45. P. He, M. Yan, G. Zhang, R. Sun, L. Chen, Q. An, L. Mai, "Layered $VS_2$ nanosheet-based aqueous Zn ion battery cathode" Adv. Energy Mater., 7, 1601920 (2017) 

  46. G. Li, Z. Yang, Y. Jiang, C. Jin, W. Huang, X. Ding, Y. Huang, "Towards polyvalent ion batteries: A zincion battery based on NASICON structured $Na_3V_2(PO_4)_3$ " Nano Energy, 25, 211-217 (2016) 

  47. L. Zhang, L. Chen, X. Zhou, Z. Liu, "Towards highvoltage aqueous metal-ion batteries beyond 1.5 V: The zinc/zinc hexacyanoferrate system" Adv. Energy. Mater., 5, 1400930 (2015) 

  48. L. Zhang, L. Chen, X. Zhou, Z. Liu "Morphologydependent electrochemical performance of zinc hexacyanoferrate cathode for zinc-ion battery" Sci. Rep., 5, 18263 (2015) 

  49. R. Trocoli, F.L. Mantia, "An aqueous zinc-ion battery based on copper hexacyanoferrate" ChemSusChem, 8, 481-485 (2015) 

  50. Z. Jia, B. Wang, Y. Wang, "Copper hexacyanoferrate with a well-defined open framework as a positive electrode for aqueous zinc ion batteries" Mater. Chem. Phys., 149-150, 601-606 (2015) 

  51. G. Kasiri, R. Trocoli, A.B. Hashemi, F.L. Mantia, "An electrochemical investigation of the aging of copper hexacyanoferrate during the operation in zinc-ion batteries" Electrochim. Acta, 222, 74-83 (2016) 

  52. A . Khor, P. Leung, M. R. Mohamed, C. Flox, Q. Xu , L. An, R.G.A. Wills, J. R. Morante, A. A. Shah, "Review of zinc-based hybrid flow batteries: From fundamentals to application" Mater. Today Energy, 8, 80-108 (2018) 

  53. Y. Li, H. Dai, "Recent advances in Zinc-air batteries" Chem. Soc. Rev., 43(15), 5257-5275 

  54. S.H. Lee, C.W. Yi, K. Kim, "Characteristics and Electrochemical performance of the $TiO_2$ -coated ZnO anode for Ni-Zn secondary batteries" J. Phys. Chem. C, 115(5), 2572-2577 (2011) 

  55. J. Huang, Z. Guo, Y. Ma, D. Bin, Y. Wang, Y. Xia, "Recent Progress of Rechargeable Batteries Using Mild Aqueous Electrolytes" Small Methods, 1800272 (2018) 

  56. J. F. Parker, C. N. Chervin, I. R. Pala, M. Machler, M. F. Burz, J. W. Long, D. R. Rolison, "Rechargeable nickel-3D zinc batteries: An energy-dense, safer alternative to lithium-ion" Science, 356, 415-418 (2017) 

  57. H. Li, C. Xu, C. Han, Y. Chen, C. Wei, B. Li, F. Kang, "Enhancement on Cycle Performance of Zn Anodes by Activated Carbon Modification for Neutral Rechargeable Zinc Ion Batteries" J. Electrochem. Soc., 162, A1439 (2015) 

  58. M.S. Chae, J.W. Heo, S.C. Lim, S.T. Hong, "Electrochemical zinc-ion intercalation properties and crystal structures of $ZnMo_6S_8\;and\;Zn_2Mo_6S_8$ chevrel phases in aqueous electrolytes" Inorg. Chem., 55, 3294-3301(2016) 

  59. W. Kaveevivitchai, A. Manthiram, "High-capacity zinc-ion storage in an open-tunnel oxide for aqueous and non-aqueous Zn-ion batteries" J. Mater. Chem. A, 4, 18737-18741 (2016) 

섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로