다중 이온 삽입 화학에 의해 향상된 수성이온 전지용 고에너지 단일벽 탄소 나노튜브 음극

초록 수성이온 전지는 최근 몇 년간 큰 발전을 이루었습니다. 이제 수성이온 전지는 비수성 Al-이온 전지와 비교할 수 있는 성능을 보입니다. 그러나 상대적으로 낮은 에너지 출력을 보여주며, 이 제한이 실제 적용에 미치는 메커니즘에 대한 일반적인 이해가 제한적입니다. 따라서 고성능 음극 재료의 개발이 절실합니다. 여기에서, 수분-염기 전해질 기반의 수성이온 전지를 위한 음극으로 고용량 단일벽 탄소 나노튜브(SWCNT)를 개발하였으며, 이는 1000회 사이클 후에도 5 A g -1의 높은 전류 밀도에서 790 mAh g -1( SWCNT의 질량 기준)의 초고 용량을 제공합니다. 또한, SWCNT/Al 전지는 AlCl 4 -, Cl -, Al 3+, H +가 동시에 작용할 수 있는 복잡한 다중 이온 삽입 메커니즘을 보여주어 배터리 출력을 개선합니다. 최근에 밝혀진 H + 및 금속 이온의 공동 삽입을 넘어, Cl-에 의한 Al 3+ 이온의 삽입 메커니즘도 실험적 특성화 및 모델링을 통해 처음으로 연구되어 Al 3+ 저장 용량을 크게 향상시킵니다. 이 다중 이온 삽입 메커니즘은 고전압 음이온 탈이온화와 고용량 양이온 삽입을 결합하여, 향후 고에너지 Al-이온 전지의 개발 및 응용에 도움이 됩니다.