아연이온

아연과 염산의 반응

아연이온(Zn²⁺)은 금속인 아연의 전자 이동으로 설명할 수 있다. 염산이나 황산 등의 산에 아연과 같은 금속을 넣으면 금속이 녹으면서 수소 기체가 발생한다.

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑

위의 반응은 금속인 아연(Zn)이 전자 2 개를 내놓으면서 아연 이온(Zn²⁺)으로 변한다. 염산 용액에 녹아 있던 수소 이온(H⁺)이 이 전자를 받아 수소 기체(H₂)로 변하기 때문에 일어난다. 이와 같이 아연이 전자를 잃고 산화되면서 아연이온이 된다. 반면 수소 이온은 환원되어 수소 기체가 된다.

Zn → Zn2+ + 2Θ

2H+ + 2Θ → H2↑

그리고 염화 이온은 반응 전이나 후에 아무런 변화가 없기 때문에 산화도 환원도 되지 않는다.

아연이온 배터리

아연 이온 이차전지는 물 기반의 전해질을 사용하기 때문에 폭발위험이 없어 리튬이온배터리를 대체할 유력한 후보 가운데 하나이다.

아연이온 배터리는 아연금속을 음극으로 하는 배터리이다. 기존의 아연이온 배터리는 물 기반 전해질에서 지속적으로 부식되는 문제가 있었다. 또한, 아연 이온이 금속 표면에 저장될 때, 나뭇가지 형태의 결정(덴드라이트)으로 쌓여 전극 간의 단락을 일으켜 효율이 급격하게 저하된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 아연금속을 복합화하거나 표면코팅, 형상 변형등 다양한 연구가 시도되고 있으나 공정비용과 시간의 소모가 큰 한계가 있었다.

KIST 이중기 박사팀은 금속전극 표면에 전류를 반복적으로 흐르게 했다가 차단하는 싸이클 양극산화공법을 개발해 아연금속의 산화막 표면코팅과 형상을 동시 제어에 성공했다. 이 공법을 통해 아연금속 표면에 육각뿔 피라미드가 배열된 형상을 형성시켜 전기화학 반응 중에 덴드라이트의 발생을 원천적으로 억제했다. 싸이클 양극산화공법에 의하면 육각뿔 피라미드 형상의 윗부분은 두껍게 측면 부분은 얇게 산화아연으로 덮여있다. 이와 같은 두께편차는 아연 금속이 상대적으로 산화아연이 얇은 측면에 쌓이도록 유도한다. 덴드라이트는 금속 표면에 수직 방향으로 쌓이기 때문에 문제가 되는데 전극 표면에 수평 방향으로 아연금속막이 자라게 하는 본 기술은 덴드라이트 생성을 효과적으로 억제할 수 있었다. 또한, 표면에 형성된 산화아연막은 전해질과 직접 접촉하는 것을 차단함으로써 부식을 방지할 수 있다.

개발된 아연금속 이차전지는 구조적, 전기화학적인 안정성으로 인해 상당한 가혹 조건(9,000mA/g, 약 2분 만에 총 용량의 완전충전 및 방전)으로 충·방전을 지속해도 1,000 사이클 동안 100%에 가깝게 용량을 유지했다.

참고자료

• 〈금속의 산의 반응과 산화 · 환원〉, 《티칭백과》
• 함예솔 기자, 〈폭발, 화재없는 차세대 아연이온 배터리〉, 《이웃집과학자》, 2020-08-12

같이 보기

• 아연
• 리튬이온 배터리
• 음극
• 산화
• 환원

이 아연이온 문서는 원소에 관한 글로서 검토가 필요합니다. 위키 문서는 누구든지 자유롭게 편집할 수 있습니다. [편집]을 눌러 문서 내용을 검토·수정해 주세요.

산업 : 산업, 산업혁명, 기술, 제조, 기계, 전자제품, 정보통신, 반도체, 화학, 바이오, 건설, 유통, 서비스, 에너지, 전기, 소재, 원소 □■⊕, 환경, 직업, 화폐, 금융, 금융사, 부동산, 부동산 거래, 부동산 정책, 아파트, 건물, 토지 원소 갈륨 • 경수소 • 구리 • 규소 • 금 • 금속 • 금속이온 • 나트륨(소듐) • 나트륨이온 • 납 • 네오디뮴 • 네온 • 니켈 • 동소체 • 동위원소 • 라돈 • 라듐 • 란타넘 • 란타넘족 • 루비듐 • 루테늄 • 리튬 • 리튬메탈 • 리튬이온 • 마그네슘 • 망가니즈(망간) • 바나듐 • 바나듐이온 • 방사성 동위원소 • 백금 • 베릴륨 • 붕소 • 브로민 • 비소 • 비철금속 • 사마륨 • 산소 • 삼중수소 • 세슘 • 셀레늄 • 수소 • 수소이온 • 수은 • 스칸듐 • 아르곤 • 아연 • 아연이온 • 아이오딘(요오드) • 악티늄 • 악티늄족 • 안정 동위원소 • 알루미늄 • 염소 • 오가네손 • 우라늄 • 원소 • 원자 • 은 • 인 • 저마늄(게르마늄) • 전이금속 • 전이후금속 • 전형금속 • 제논 • 족 • 주기 • 주기율표 • 주석 • 준금속 • 중금속 • 중수소 • 지르코늄 • 질소 • 철 • 초우라늄 • 카드뮴 • 칼륨(포타슘) • 칼슘 • 코발트 • 코페르니슘 • 크로뮴(크롬) • 크립톤 • 타이타늄(티타늄) • 탄소 • 탄소-14 • 텅스텐 • 토륨 • 팔라듐 • 플루오린 • 플루토늄 • 할로젠(할로겐) • 핵종 • 헬륨 • 헬륨3 • 황 화합물 LNO • pH • 갈륨비소 • 강 • 강철 • 경수 • 고분자 • 공유결합 • 과산화수소 • 과산화은 • 그래핀 • 금속결합 • 금속산화물 • 뉴세라믹 • 단백질 • 단일결합 • 두랄루민 • 디메틸 카보네이트 • 리간드 • 리튬 니켈 산화물 • 리튬산화물 • 리튬인산철 • 리튬 코발트 산화물 • 리튬 티타늄 산화물 • 메탄올 • 메탈실리콘 • 메테인 • 무기화합물 • 무쇠(주철) • 무수수산화리튬 • 물 • 반응식 • 벤젠 • 분자 • 분자량 • 분자식 • 불소 • 불화리튬(플루오린화 리튬) • 불화수소 • 붕산리튬 • 뷰텐(부틸렌) • 비금속 • 산 • 산성 • 산화물 • 산화은 • 산화제 • 산화철 • 산화칼슘 • 산화코발트 • 삼중결합 • 삼중수 • 상대이온 • 선철 • 설탕 • 세라믹 • 셀룰로이드 • 소금 • 수산화나트륨 • 수산화니켈 • 수산화리튬 • 수산화물 • 수산화아연 • 수산화이온 • 수산화칼륨 • 수산화칼슘 • 수산화코발트 • 수소결합 • 수증기 • 순물질 • 순철 • 실리카(이산화규소) • 실리콘 (규소) • 실험식 • 아미노산 • 아세테이트 • 아세트산 • 아세틸렌 • 아이소프렌(이소프렌) • 아크릴로나이트릴 • 알칼리 • 알칼리성 • 알코올 • 암모니아 • 얼음 • 에탄올 • 에테인 • 에틸렌 • 에틸렌 카보네이트 • 연철 • 염 • 염기 • 염기성 • 염산 • 염화나트륨 • 염화마그네슘 • 염화비닐라이덴 • 염화수소 • 염화칼륨 • 염화칼슘 • 올레핀 • 옹스트롬 • 요소 • 요소수 • 유기화합물 • 유리탄소 (free carbon) • 유리탄소 (glassy carbon) • 이산화망가니즈 • 이산화탄소 • 이산화티타늄 • 이소부틸렌(아이소뷰텐) • 이오노머 • 이온결합 • 이중결합 • 인산 • 인산리튬 • 인산염 • 인산철 • 인조흑연 • 일산화탄소 • 전기화학반응 • 중수 • 증류수 • 질산 • 질산나트륨 • 질산염 • 질산칼륨 • 질화리튬 • 질화물 • 착이온 • 천연흑연 • 청동 • 초분자 • 카르빈 • 카보네이트(탄산염) • 카본블랙 • 킬레이트 • 탄산 • 탄산나트륨 • 탄산리튬 • 탄산에틸렌 • 탄산이온 • 탄산칼륨 • 탄산칼슘 • 탄소강 • 탄소나노튜브 • 탄소화합물 • 탄화규소 • 탄화수소 • 특수강 • 페놀 • 페라이트 • 페로브스카이트 • 폴리부틸렌 • 폴리아미드 • 풀러렌 • 프로포폴 • 프로필렌 • 하이니켈 • 합금 • 홑원소물질 • 화학 • 화학결합 • 화학반응 • 화학반응식 • 화학식 • 화합물 • 환원제 • 황동 • 황산 • 황산니켈 • 황산망간 • 황산코발트 • 황화리튬 • 황화물 • 흑린 • 흑연 위키 : 자동차, 교통, 지역, 지도, 산업, 기업, 단체, 업무, 생활, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반