아연-공기 배터리(ZAB)는 향후 대규모 고밀도 저장 시스템과 전극 재료의 비용 효율성, 특히 고체 전해질 및 액체 전해질에서 유망한 차세대 기술을 제공한다. 그러나 제어되지 않는 확산과 비가역적인 아연 성분의 이용, 그리고 셀 설계 원칙의 문제는 심각한 용량 감소와 계면 반응으로 인해 실제 적용을 제한한다. 이 관점 논문에서는 고체 전해질과 계면의 근본 메커니즘뿐 아니라 현재의 연구 현황과 향후 연구 통찰을 조명하는 것을 목표로 한다. 현실적인 운전 조건에서 100–500 Wh kg −1의 셀 수준 에너지 지표를 갖는 암페어-시간(Ah) 규모의 원통형/파우치 셀의 제형이 논의된다. 또한 전극/전해질 계면 동역학, 스케일업 준비성, 시험 프로토콜, 그리고 실험실 규모 연구를 실제 생산으로 전환하기 위한 핵심 성능 지표도 제안한다.

세포 수준에서) 고체 상태의 아연-공기 파우치 셀에 관해서, 실험실 규모 연구에서 실제 생산으로까지 발전할 수 있는 Ah급 ZAB를 위한 스케일업 통찰도 함께 제시한다.

이온 선택성 막은 다양한 에너지 저장 응용 분야에서 널리 사용된다. 그러나 Nafion과 같은 기존의 고분자 기반 이온 선택성 막은 이온에 대한 선택성이 완벽하지 않아 바람직하지 않은 이온 종의 상당한 투과가 발생한다. 막의 불완전한 이온 선택성은 에너지 저장 장치의 실패로 이어지므로, 막의 이온 선택성을 향상시키기 위한 많은 노력이 기울여져 왔다. 본 연구에서는 수계 레독스 플로우 배터리를 위한 비혼화성 액상 막을 도입한다. 소수성 이온성 액체는 수계 가톨리테 및 아노리테 용액과 비혼화성이므로 두 용액을 크로스오버 없이 분리한다. 이러한 특성은 이온성 액체를 수계 레독스 플로우 배터리의 막으로 사용할 수 있게 한다. 또한 1-헥실-3-메틸이미다졸리움 비스(trifluoromethylsulfonyl)이미드(HMIM-TFSI)와 같이 긴 곁사슬 알킬을 갖는 이온성 액체는 황산과는 혼화되는 반면, 전이금속 황산염은 HMIM-TFSI에 불용성으로 남는다. 그 결과 HMIM-TFSI는 양성자에 대해 선택적으로 투과되며 전이금속 양이온에 대해서는 투과하지 않는다. 이에 따라 HMIM-TFSI 막은 거의 완벽한 양성자 선택성을 나타내어 전이금속 양이온과 같은 불리한 이온 종의 투과가 미미해진다. 결국 HMIM-TFSI 막은 2800 h 이상에서 거의 무자기방전이 관찰되는 등, ≈99%의 높은 쿨롬 효율과 100 사이클 이상에서 안정적인 용량 유지율을 포함하여 바나듐 레독스 플로우 배터리에서 우수한 전기화학적 성능을 보인다.

촉매 작용은 언제나 혼란스러운 양상으로 진행된다. 따라서 불균일 촉매의 작동 원리를 규명하는 일은 어려운 과제이다. 불균일 촉매에서 원자 수준의 질서를 구현하는 것은 이러한 과제를 단순화할 뿐 아니라 촉매 성능을 조절하기 위해 활성 자리를 합리적으로 설계할 수 있는 새로운 기회도 제공한다. 최근 불균일 전기촉매 분야에서의 빠른 발전은 원자 수준의 질서 정연한 물질 구축에 있어 흥미로운 성과로 이어졌다. 여기에서는 원자 배열의 주기성을 갖는 전기촉매, 즉 장거리 질서를 갖는 금속간 화합물과 단거리 질서를 갖는 금속 원자 배열 촉매를 포함하여, 이러한 전기촉매에 관한 최신 진전들을 요약한다. 또한 이러한 전기촉매의 합성 원칙과 흥미로운 물리적·화학적 특성들을 논의한다. 아울러 촉매 연구의 최전선에서 원자 수준의 질서 정연한 촉매가 갖는 설득력 있는 전망을 개괄한다.

아연-공기 배터리(ZAB)는 향후 대규모 고밀도 저장 시스템과 전극 재료의 비용 효율성, 특히 고체 전해질 및 액체 전해질에서 유망한 차세대 기술을 제공한다. 그러나 제어되지 않는 확산과 비가역적인 아연 성분의 이용, 그리고 셀 설계 원칙의 문제는 심각한 용량 감소와 계면 반응으로 인해 실제 적용을 제한한다. 이 관점 논문에서는 고체 전해질과 계면의 근본 메커니즘뿐 아니라 현재의 연구 현황과 향후 연구 통찰을 조명하는 것을 목표로 한다. 현실적인 운전 조건에서 100–500 Wh kg −1의 셀 수준 에너지 지표를 갖는 암페어-시간(Ah) 규모의 원통형/파우치 셀의 제형이 논의된다. 또한 전극/전해질 계면 동역학, 스케일업 준비성, 시험 프로토콜, 그리고 실험실 규모 연구를 실제 생산으로 전환하기 위한 핵심 성능 지표도 제안한다.

세포 수준에서) 고체 상태의 아연-공기 파우치 셀에 관해서, 실험실 규모 연구에서 실제 생산으로까지 발전할 수 있는 Ah급 ZAB를 위한 스케일업 통찰도 함께 제시한다.

이온 선택성 막은 다양한 에너지 저장 응용 분야에서 널리 사용된다. 그러나 Nafion과 같은 기존의 고분자 기반 이온 선택성 막은 이온에 대한 선택성이 완벽하지 않아 바람직하지 않은 이온 종의 상당한 투과가 발생한다. 막의 불완전한 이온 선택성은 에너지 저장 장치의 실패로 이어지므로, 막의 이온 선택성을 향상시키기 위한 많은 노력이 기울여져 왔다. 본 연구에서는 수계 레독스 플로우 배터리를 위한 비혼화성 액상 막을 도입한다. 소수성 이온성 액체는 수계 가톨리테 및 아노리테 용액과 비혼화성이므로 두 용액을 크로스오버 없이 분리한다. 이러한 특성은 이온성 액체를 수계 레독스 플로우 배터리의 막으로 사용할 수 있게 한다. 또한 1-헥실-3-메틸이미다졸리움 비스(trifluoromethylsulfonyl)이미드(HMIM-TFSI)와 같이 긴 곁사슬 알킬을 갖는 이온성 액체는 황산과는 혼화되는 반면, 전이금속 황산염은 HMIM-TFSI에 불용성으로 남는다. 그 결과 HMIM-TFSI는 양성자에 대해 선택적으로 투과되며 전이금속 양이온에 대해서는 투과하지 않는다. 이에 따라 HMIM-TFSI 막은 거의 완벽한 양성자 선택성을 나타내어 전이금속 양이온과 같은 불리한 이온 종의 투과가 미미해진다. 결국 HMIM-TFSI 막은 2800 h 이상에서 거의 무자기방전이 관찰되는 등, ≈99%의 높은 쿨롬 효율과 100 사이클 이상에서 안정적인 용량 유지율을 포함하여 바나듐 레독스 플로우 배터리에서 우수한 전기화학적 성능을 보인다.

촉매 작용은 언제나 혼란스러운 양상으로 진행된다. 따라서 불균일 촉매의 작동 원리를 규명하는 일은 어려운 과제이다. 불균일 촉매에서 원자 수준의 질서를 구현하는 것은 이러한 과제를 단순화할 뿐 아니라 촉매 성능을 조절하기 위해 활성 자리를 합리적으로 설계할 수 있는 새로운 기회도 제공한다. 최근 불균일 전기촉매 분야에서의 빠른 발전은 원자 수준의 질서 정연한 물질 구축에 있어 흥미로운 성과로 이어졌다. 여기에서는 원자 배열의 주기성을 갖는 전기촉매, 즉 장거리 질서를 갖는 금속간 화합물과 단거리 질서를 갖는 금속 원자 배열 촉매를 포함하여, 이러한 전기촉매에 관한 최신 진전들을 요약한다. 또한 이러한 전기촉매의 합성 원칙과 흥미로운 물리적·화학적 특성들을 논의한다. 아울러 촉매 연구의 최전선에서 원자 수준의 질서 정연한 촉매가 갖는 설득력 있는 전망을 개괄한다.

그리고 -40~70°C의 넓은 온도 허용 범위에서도 실온 대조군에 비해 86%의 용량을 유지하여, 가혹한 운용 환경에서의 가능성을 보여준다.

본 연구에서는 산화인듐(In₂O₃) 박막전계효과 트랜지스터(FET)에서 접촉 도핑 효과(CDE)와 역치전압(V_T) 롤오프의 영향이 체계적으로 연구되었다. 수정된 전달길이법(TLM)을 사용하여 장 채널 길이(L_ch)와 단 채널(짧은) 소자(L_ch)를 각각 분석함으로써 CDE를 정량화하기 위해 $\mathbf{\Delta }\text{L}$을 추출할 수 있다. ΔL과, V_T 롤오프가 발생하는 L_ch 사이의 상관관계는 CDE가 In₂O₃ 트랜지스터에서의 V_T 롤오프에 기여하는 핵심 요인일 수 있음을 시사한다. 다음으로 CDE의 근본 메커니즘이 조사되었다. 소스/드레인(S/D) 금속을 In₂O₃ 채널에 증착하는 과정에서의 산소 제거 반응(OSR)이 CDE의 원인 중 하나임이 밝혀졌다. S/D 금속은 In₂O₃로부터 산소 원자를 제거하여 산소 공공을 생성하고, S/D 영역 근처의 캐리어 밀도를 증가시킨다. 또한 금속/In₂O₃ 접촉의 슈트키 장벽 높이(${\mathbf{\Phi }}_{\text{SB}}$) 역시 CDE에 영향을 미칠 수 있다. 양의 ${\mathbf{\Phi }}_{\text{SB}}$는 캐리어를 고갈시키는 반면, 음의 ${\mathbf{\Phi }}_{\text{SB}}$는 S/D 아래의 In₂O₃ 채널에 캐리어를 축적시킨다. 본 연구는 CDE를 규명하기 위한 새로운 접근법을 제공하며, 산화물 반도체(OS) 트랜지스터에서의 V_T 롤오프를 이해하는 데 있어 그 핵심적 역할을 강조한다.

)와 우수한 사이클링 안정성.