중국과학기술대학교가 본교 연구팀이 삽입형 아연이온 건전지 양극(正极) 재료의 동시 방사선 분광법 특성화에 토대해 삽입제가 궤도점유를 유도하는 개념을 제기하고 쾌속충전 성능을 가진 암모늄 삽입 오산화 바나듐 이온 건전지 양극 재료를 개발했다고 밝혔다. 관련 성과는 일전에 국제학술지 《미국과학원 학간》에 발표됐다.

수계 아연이온 건전지는 안전하고 독성이 없으며 리론함량이 비교적 높아 가장 잠재력이 있고 지속 가능한 에너지비축 기술의 하나로 인정받고 있다. 허다한 수계 아연이온 건전지 양극 재료에서 층형태의 오산화물질은 결정구조를 조절할 수 있고 용량이 높은 등 특점을 가지고 있어 현단계에서 광범히 연구하고 있는 양극 재료이다. 이온 혹은 분자 삽입층 책략은 양극재료의 결정격자 공간이 부족하고 전자 전도성이 낮은 등 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 이로써 더한층 건전지의 성능을 높일 수 있다. 하지만 현재 삽입형 양극 재료의 연구는 많이는 용량에 대한 층간 공간 팽창의 기여에 쏠린다. 때문에 선진적인 원위치 상징 기술을 발전시켜 원자궤도 면으로부터 삽입제로 인기되는 전극재료 내재구조 변화를 깊이있게 리해하는 것은 미래 고성능 양극재료 설계와 개발의 관건이다.

과학연구일군들은 동시 복사광원 종합성 실험플랫폼의 우세를 발휘하고 여러가지 원위치와 비원위치 동시 방사선 분광학 실험기술을 결부해 암모늄이온 삽입층 및 충전, 방전 과정에서의 가역변화 법칙을 깊이있게 파헤쳤다. 연구에서 암모늄이온 삽입층이 매우 큰 정도에서 바나듐-산소 결합의 구조 기변을 유발하고 더 나아가서 전자 구조의 재배치를 초래하여 궤도속의 빈공간의 점유를 촉진함을 발견했다. 이러한 궤도점유는 재료의 전도률을 크게 높이고 암모늄 이온이 삽입후 넓어진 층간거리와 련합함으로써 아연이온의 전이를 현저하게 가속화하고 아연이온 건전지의 초고배속 성능을 실현한다. 테스트결과가 표명하다 싶이 전류밀도가 200배률일 때 암모늄 삽입층 오산화 바나듐 양극 재료의 비례 용량은 여전히 101.0 mAh/g을 유지하고 충전시간은 18초밖에 걸리지 않는다.

이 성과는 원자궤도 면에서 삽입형 오산화 바나듐 재료중의 아연이온 에너지비축 기제의 리해를 위해 의거를 제공했을 뿐더러 고성능 아연이온 건전지의 쾌속충전 부품 응용에 토대를 마련해주었다.

/과학기술일보