Aqueous zinc-ion batteries have gained interest as large-scale energy storage devices due to their high stability, low cost, and abundant reserves. However, a problem exists that the formation of dendrites due to the unstable zinc stripping/plating behavior of zinc reduces the cycle stability of the cell. In this paper, Zn@ZIF-8 anode is introduced to solve the problem of unstable plating/stripping behavior and realize a long-cycle aqueous zinc ion battery. The microchannel structure of ZIF-8 was able to induce uniform zinc stripping/plating behavior. As a result, a runtime of 5500 h under 1 mA cm^-2 and 1 mAh cm^-2 conditions was obtained in a symmetrical cell analysis, which is higher than that of a conventional bare Zn symmetrical cell. In addition, by introducing a PVDF binder-based Zn@ZIF-8 anode, side reactions at the electrolyte and electrode interface could be suppressed, thus inducing stable redox reactions.

수계 아연 이온 전지는 높은 안정성, 저렴한 비용, 풍부한 매장량으로 인해 대규모 에너지 저장 장치로서 관심을 받고 있다. 그러나 아연의 불안정한 아연 박리/도금 거동으로 인한 수상 돌기의 형성으로 전지의 구동 안정성이 저하된다는 문제점이 존재한다. 본 논문에서는 불안정한 도금/박리 거동 문제를 해결하고 장수명 수계 아연 이온 전지를 구현하기 위해 Zn@ZIF-8 음극을 도입하였다. ZIF-8의 미세 채널구조는 균일한 아연의 박리/도금 거동을 유도할 수 있었고 그 결과 대칭 셀 분석에서 1 mA cm^-2, 1 mAh cm^-2 조건에서 약 5500시간의 구동 시간을 확보할 수 있었으며 이는 기존 bare Zn 대칭 셀에 비해 약 11배 높은 구동 시간을 보였다. 또한 PVDF 바인더 기반 Zn@ZIF-8 음극을 도입함으로써 전해질과 전극 계면에서의 부반응을 억제할 수 있었기 때문에 안정한 산화/환원 반응을 유도할 수 있었다.

Keywords: zeolitic imidazole framework-8, aqueous zinc ion battery, polymer composite material, protection layer, dendrite.