무음극 배터리(Anode-free batteries, AFBs)는 제조 과정에서 음극 제조공정을 필요로하지 않으며, 배터리 제조를 간소화하여 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있어 차세대 에너지 저장 장치로서 많은 관심을 받고 있다. 그러나 anode-free battery는 작동 과정에서 불균일한 리튬의 전착으로 인해 리튬 덴드라이트가 성장하여 사이클 안정성이 낮다는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 전해질 첨가제 사용, 리튬 메탈 표면 코팅, 3D 구조의 리튬 호스트 사용 등 다양한 연구가 진행되고 있다. 그중 탄소 기반의 나노 물질들은 전기 전도성이 우수하고 비표면적이 넓어 리튬 덴드라이트 성장을 억제할 수 있는 호스트 재료로 각광받고 있으나, 리튬 친화도가 낮은 특성으로 인해 리튬을 효과적으로 호스트 하기에는 어려움이 있다.
본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 원자층 증착(atomic layer deposition)을 통해 리튬 친화도가 높은 아연 산화물(zinc oxide, ZnO)을 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT) 시트에 도입하여 리튬 덴드라이트 성장을 억제하기 위한 리튬 호스트로 사용하였다. 리튬 친화도가 향상된 zinc oxide-CNT(Z-CNT)를 작동 전극(working electrode)로, 상대 전극(counter electrode)으로 리튬 메탈을 사용하여 전기화학적 분석을 진행하였다. 그 결과 0.5 mA cm-2의 전류 밀도와 1.5 mAh cm-2의 비용량 조건에서 28.2 mV의 낮은 과전압과 94.0 %의 초기 쿨롱 효율을 보였다. 또한, 90 cycle 동안 평균 97.2 %의 쿨롱 효율로 안정적인 충·방전 특성을 보였다. 이러한 결과는 Z-CNT 전극이 anode-free battery에 적용될 수 있는 높은 잠재력이 있음을 보여준다.