금속 유기 프레임워크 나노시트: 자가용 유망 솔루션

중국과학원(CAS) 산하 다롄화학물리연구소(DICP) 연구팀은 자체 최적화된 아연 양극을 달성하기 위해 MOF(금속 유기 프레임워크) 나노시트를 이온 운반체로 사용하는 새로운 전략을 도입했습니다. 이 획기적인 기술은 수성 충전 아연 이온 배터리가 직면한 문제, 특히 수상돌기 형성 및 부반응으로 인해 발생하는 아연 양극의 가역성이 좋지 않은 문제를 극복할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

Yang Weishen 교수와 Zhu Kaiyue 박사가 이끄는 팀은 MOF 나노시트가 이 응용 분야에 적합하게 만드는 고유한 특성을 가지고 있음을 발견했습니다. 1차원 채널 구조는 전기장 하에서 Zn2+ 이온의 이동을 허용하는 반면, 우선적인 Zn2+ 흡착을 통해 효율적인 Zn2+ 이온 운반체 역할을 할 수 있습니다. 또한, MOF 나노시트의 리간드와 아연 이온 사이의 약한 조정은 환원성 화학에 기여하여 사이클링 중에 아연 전극을 최적화하는 데 도움이 됩니다.

사이클링 과정에서 MOF 나노시트는 점차적으로 아연 양극을 재구성하여 수평으로 정렬된 라멜라와 같은 형태와 질감을 향상시킵니다. 이는 MOF 나노시트의 제약에 의한 Zn2+ 이온의 수평 정렬에 기인합니다. 또한, MOF 리간드의 존재는 유용한 MOF 나노시트로 전환되는 바람직하지 않은 부산물을 제거하는 데 도움이 됩니다. 결과적으로, 아연 양극은 저율 및 고속 조건 모두에서 향상된 사이클링 성능을 나타냅니다.

이 연구는 재충전 가능한 금속 전지에서 고도로 가역적인 사이클링을 달성하기 위해 MOF 나노시트를 사용하는 "이온 캐리어" 전략의 유망한 잠재력을 보여줍니다. 이 접근법의 다양성으로 인해 다양한 리간드, 기질 및 전해질에 폭넓게 적용할 수 있습니다. 이는 전력망 저장 및 기타 응용 분야를 위한 보다 효율적이고 내구성이 뛰어난 배터리 시스템 개발 가능성을 열어줍니다.

출처: – 에너지 및 환경 과학(DOI: 10.1039/D3EE01747H) – 중국과학원