Zn-based batteries have been studied for a long time due to their cost-effectiveness and environment-friendliness. Recently, they are also adopted in secondary battery systems and the representative systems are Zn-ion batteries (ZIBs) and Zn-Br batteries (ZBBs). Due to their low cost and decent energy density, they are considered one of the most promising next-generation batteries. However, these batteries have problems with low cycling stability which originate from the severe dissolution of cathode material and uneven redox reaction of Zn metal anode for ZIBs, and from the irreversible gas-generating side reactions for ZBBs. In this thesis, works for solving failures of each system’s components are provided. Specifically, the cathode material is coated with an orbital-modifying material which can trigger a competitive reaction of the reaction that causes the dissolution, and a polymer with a microporosity is introduced on the Zn metal electrode to uniformize the redox reaction for ZIBs. For ZBBs, specifically designed ionic liquid is used as the electrolyte to minimize the gas-generating side reaction.
아연 금속 전극을 이용하는 전지들은 높은 가격경쟁력과 환경친화성을 이유로 다년간 연구되어 오고 있으며, 최근엔 이차전지 분야로 그 활용 범위를 넓히고 있다. 이러한 아연 금속 기반 이차전지의 대표적 배터리 시스템으로는 아연 이온 전지와 아연 브롬 전지가 있다. 두 시스템은 낮은 가격, 준수한 에너지 밀도 등의 장점을 가지고 있어 유망한 차세대 배터리로 여겨지고 있다. 하지만 두 시스템 모두 짧은 수명 성능을 문제로 가지고 있는데 이는 아연 이온 전지의 경우 양극 활물질의 용출 및 아연 금속 음극의 불균일한 전착/용출 반응 때문이고, 아연 브롬 전지의 경우는 전해액의 비가역적 기체 형성 부반응 때문이다. 이에 각 배터리 시스템의 중요 구성 요소들의 수명 열화 원인을 해결하여 수명 성능을 향상시키는 연구들을 진행하였으며 이를 본 학위논문에서 다루고자 한다. 구체적으로, 아연 이온 전지의 경우 양극 활물질 표면에 활물질의 전자 궤도를 변형할 수 있는 물질을 코팅하여 활물질 용출의 원인이 되는 반응과 경쟁적인 반응의 유도를 통해 양극 용출 억제를 시도하였으며, 아연 금속 표면에는 미세 기공 구조의 고분자를 도입하여 균일한 전착/용출 반응을 일으켜 높은 수명 성능을 확보하였다. 아연 브롬 전지의 경우 특별히 설계된 이온성 액체를 전해액으로 사용하여 기체 부반응들을 최소화하였다.
