아연 기반 에너지 저장 기술은 풍부한 자원, 비용 효율성, 낮은 산화환원 전위, 안전성, 그리고 다른 금속 기반 배터리 대비 우수한 비부피 용량에 의해 상당히 발전해 왔다. 그럼에도 불구하고 Zn 수지상(덴드라이트) 형성, 부식, 그리고 수소 발생 부반응과 같은 문제로 인해 실제 적용이 제한된다. 이러한 문제들은 가역성을 저하시키고 기계적 손상을 유발하여, 충전식 배터리에서 아연 음극의 장기 성능과 내구성에 궁극적으로 영향을 준다. 아연의 고유한 거칠기와 Zn 포일 표면 제작 과정에서의 표면 손상은 전기장의 불균일한 분포와 Zn²⁺ 이온 농도의 불균일 분포를 초래하며, 이로 인해 부반응과 수지상 형성이 개시된다. 이러한 문제는 표면 결함을 더욱 심화시켜, 지속적인 열화가 반복되는 순환을 지속시킨다. 또한 Zn 도금 중 과도한 수지상 성장은 분출부(돌출부)를 만들어 분리막을 관통할 수 있으며, 그 결과 배터리 셀에서 잠재적 단락이 발생하여 전체 수명을 단축시킨다. 여기서는 reverse micelle templating (RMD)을 이용하여 나노입자(NPs) 배열의 아(亞)단일층(submonolayer)을 증착함으로써 아연 음극의 계면 특성을 수정하는 새로운 방법을 제시한다. 역미셀 합성은 나노입자 합성에 다양한 종류의 이온성 금속염을 수용하는 간단한 용액 기반 공정을 제공한다. 또한 이 접근법은 나노입자의 크기를 정밀하게 제어하고, 다양한 조건에서 균일하게 분산된 2D 배열의 형성을 가능하게 하여, 고도로 조절 가능한 나노입자를 생성한다. 본 연구에서는 Gold (Au), Tin Oxide (SnO x ), 그리고 Tin-Gold (SnAu) 나노입자(NPs)를 성공적으로 합성한 뒤, 이를 아연 음극 표면에 증착하여 나노입자 아(亞)단일층 형성에 따른 음극 안정성을 비교하였다. 사이클링 성능은 대칭 코인 셀에서 평가하였다. Au 및 SnO x NPs는 대칭 셀의 수명을 유의하게 연장한 반면, SnAu NPs는 매우 불안정한 사이클링 성능을 보였다. 시험된 나노입자 중 Au NPs는 가장 낮은 과전압을 나타내며 최상의 사이클링 성능을 보였다. 추가 조사로, chronoamperometry, Impedance spectroscopy (EIS) 및 SEM 미세그래프를 포함한 분석을 통해 Au NPs가 변형된 An(=?) 아연 음극에서 Zn 확산을 표면에서 감소시키고, 전하 전달 반응 속도를 향상시키며, 무도장(비처리) 아연 음극에 비해 보다 균일한 도금을 유도함으로써 대칭 셀에서의 사이클링 안정성이 향상됨을 확인하였다. 또한 밀도범함수이론(DFT) 계산은 Au NPs의 흡착 에너지와 확산 장벽을 통해 Au NPs의 아연 친화성(zincophilic) 특성을 확인하였고, 이는 Zn 확산을 효과적으로 조절하고 균일한 핵생성을 촉진하였다. 본 접근법은 배터리 안정성을 향상시키기 위한 아연 음극의 표면 공학(surface engineering)에 대한 새로운 전략을 제공한다. Figure 1

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