Su-Jong Bae*,#, Juwon Jeong**,#, and Woo-Jin Song*, **, ***,†
*Department of Material Science and Engineering, Chungnam National University, Daejeon 34134, Korea
**Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry, Chungnam National University, Daejeon 34134, Korea
***Department of Organic Materials Engineering, Chungnam National University, Daejeon 34134, Korea
*충남대학교 신소재공학과, **충남대학교 응용화학공학과, ***충남대학교 유기재료공학과
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Aqueous zinc-iodine (Zn-I2) batteries have attracted significant research interest as an emerging alternative energy storage system because of its high capacity (mAh/g), safety, and low cost. However, the dissolution and shuttling effect of polyiodides at the cathode formed during the charge and discharge process causes severe capacity loss and low electrochemical reversibility, which limits their practical use. Herein, we demonstrate polyacrylic acid (PAA) polymer as a cathode binder with strong iodine-chemisorption ability for aqueous Zn-I2 batteries to suppress shuttle effect of the polyiodides. The results confirm that the carboxyl groups of the PAA binder can strongly adsorb polyiodides and effectively inhibit its dissolution from the cathode. Furthermore, the PAA binder exhibits much better electrolyte wettability (0° of contact angle) and adhesion performance (0.27 N/mm) than the polyvinylidene fluoride (PVDF) binder. As a result, the cell with PAA electrode shows high efficiency (95.5%), long cycle life (570 cycles) and high cost (148.1 mAh/g) compared to PVDF binder. This strategy may open a new way to solve the shuttling problem of Zn-I2 batteries through functional binders.
수계 아연-아이오딘(Zn-I2) 전지는 높은 비용량(mAh/g), 수계 전해질의 사용으로 인한 안전성, 저렴한 단가로 인해 대체 에너지 저장 시스템으로 연구적으로 큰 관심을 받고 있다. 하지만 충방전 과정 중 형성된 양극에서의 폴리아이오딘화물의 용출 및 셔틀링 효과는 심각한 용량 손실과 낮은 전기화학적 가역성을 유발하여 실제 사용을 제한하고 있다. 본 연구에서는 폴리아이오딘화물 셔틀링 현상을 억제하기 위해 수계 Zn-I2 전지를 위한 강한 아이오딘-화학흡착 능력을 가진 기능성 바인더(폴리아크릴산, PAA)를 보고한다. 실험 데이터를 통해 PAA 바인더의 카복실기가 폴리아이오딘화물를 강하게 흡착하여 양극으로부터의 용출을 효과적으로 억제할 수 있다는 것을 확인하였다. 또한 PAA 바인더가 polyvinylidene fluoride(PVDF) 바인더보다 훨씬 더 우수한 전해질 젖음성(접촉각 0°)과 접착 성능 (0.27 N/mm)을 나타냈다. 결과적으로 PAA 전극을 사용한 전지는 PVDF 전극 대비 높은 효율(95.5%)과 긴 사이클 수명(570 사이클), 높은 비용량(148.1 mAh/g)을 보여준다. 이 전략은 기능성 바인더를 통해 Zn-I2 전지의 셔틀링 문제를 해결할 수 있는 새로운 길을 열 수 있다.
Keywords: polymeric binder, aqueous zinc ion battery, zinc iodine battery, shuttle effect.
2025; 49(4): 395-400
Published online Jul 25, 2025
*Department of Material Science and Engineering, Chungnam National University, Daejeon 34134, Korea
**Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry, Chungnam National University, Daejeon 34134, Korea
***Department of Organic Materials Engineering, Chungnam National University, Daejeon 34134, Korea