수계 아연 전지 전해액 첨가제의 입체 이성질체

동일한 분자식을 가짐에도 원자의 공간 배열이 다른 입체 이성질체는 종종 상이한 화학 반응성을 보인다. 본 연구는 다기능성 전해액 첨가제의 기하 이성질체가 수계 아연 금속 전지에 미치는 영향을 규명한다. 자연 박테리아에서 영감을 받아 트랜스-부텐다이오산(푸마르산)과 시스-이성질체(말레산)를 비교 분석했다. 펨토초 과도 흡수 분광법과 전산 모사를 통해 이들 이성질체가 수소 결합 역학 및 용매화 환경에서 차이를 보임을 확인했다. 트랜스-이성질체는 유리한 계면 구조 및 이온 통로 형성을 촉진하여 아연 증착 가역성과 사이클 안정성을 향상시켰다. 그 결과, 아연 대칭 전지는 1 mA cm−2, 1 mAh cm−2 조건에서 6,150시간 이상, 5 mA cm−2, 5 mAh cm−2 조건에서 1,500시간 동안 안정적인 도금/탈리 성능을 보였다. 아연이 사전 증착된 Cu||MnVO 완전 전지는 2 A g−1에서 1,000회 사이클 후 70% 이상의 용량 유지율을 달성했으며, 초기 무음극 Cu||아연화 MnVO 전지는 30 mA cm−2의 고전류 밀도에서 270회 이상의 사이클 수명을 기록했다. 이성질체 개념을 새로운 전해액 재료 설계에 적용하고 관련 용매화 및 계면 화학을 이해함으로써 차세대 배터리 개발을 위한 새로운 방향을 제시한다.