집전체 없이 지탱이 가능한 키틴 기반 아연-이온 전지 전극 개발

Abstract

리튬-이온 전지 기술의 발전과 함께 다량의 리튬 사용에 따라 리튬-이온 전지에 대한 수요와 공급의 균형이 무너지고 있으며, 따라서 리튬을 대체할 수 있는 차세대 이차 전지의 개발이 필요해지고 있다. 최근 친환경적이며, 값싸며 안전 하고, 다가의 전자를 활용할 수 있는 아연 이온을 활용하는 수계 아연-이온 전지가 주목받고 있다. 그럼에도 불구하 고 아연-이온 전지에 사용될 수 있는 전류 집전체에 대한 개발 연구는 거의 없으며, 특히 현재 사용되고 있는 금속 기반의 전류 집전체는 그 무게가 무거워 실용적으로 사용되기 힘들다. 본 연구에서는 접착 특성이 매우 우수한 키틴 바인더를 사용하여 집전체 없이 지탱이 가능한 전극을 개발하였으며 아연-이온 전지에서의 그 특성을 평가하였다. 전 극 제조는 전통적인 코팅법과 스핀 코팅법을 사용하여 비교하였으며, 스핀 코팅이 더 균일한 전극 형성과 함께 더 우 수한 배터리 성능을 나타냄을 확인하였다.

As lithium-ion battery (Li-ion battery, LIB) technology has been developed, the consumption of Li is expected to increase, leading to unbalance of demand and supply. Therefore, we need to develop advanced rechargeable batteries that can replace LIB. Recently, aqueous Zn-ion batteries (ZIBs) have been spotlighted due to eco-friendly, low-price, safe, and multivalent Zn ions. Nevertheless, up to date, a current collector for ZIBs has been rarely studied, and currently used metallic current collectors, including titanium and stainless steel, can not be practically employed because they are heavy. In this work, we developed a free-standing cathode using a chitin binder for ZIBs. We fabricated the free-standing cathode by utilizing conventional coating and spin coating methods, comparing them regarding materials property and electrochemical battery performance. We confirmed that the spin coating method enabled the electrode to be homogeneous, enhancing ZIB cell performance.