Исследователи разработали водный раствор цинка

Водные аккумуляторные батареи на основе цинковых анодов являются одними из наиболее перспективных систем для замены обычных литий-ионных батарей благодаря их искробезопасности, нетоксичности, экономичности и выдающейся выходной мощности.

Исследовательская группа из Университета науки и технологий Пхохана (POSTECH) разработала стабильную водную ионно-цинковую батарею, в которой в качестве электролита используется вода. Они использовали защитный полимерный слой для предотвращения коррозии электродов и повышения стабильности цинкового анода, улучшая электрохимическую стабильность водной цинк-ионной батареи.

Легкие литий-ионные аккумуляторы большой емкости широко используются в мобильных телефонах, ноутбуках и других предметах первой необходимости в современном мире. Однако электролиты, используемые в обычных литий-ионных батареях, по своей природе огнеопасны, что может привести к фатальным пожарам или взрывам. Такая авария может нанести непосредственный ущерб пользователям.

Для решения этой проблемы разрабатываются негорючие батареи с водным электролитом в качестве многообещающей замены. Однако низкая обратимость цинкового анода в водных электролитах, возникающая из-за дендритов цинка и побочных реакций на поверхности, ограничивает практическую реализацию ионно-цинковых батарей.

Исследовательская группа POSTECH разработала цинковый анод, покрытый многофункциональным защитным слоем с использованием блок-сополимера для повышения обратимости ионно-цинковых батарей. Новый полимерный слой эластичен и растягивается, выдерживает увеличение объема во время зарядки и разрядки аккумулятора.

Установлено, что полимерный защитный слой вызывает гомогенизированное распределение ионов и подавляет рост дендритов, способствуя увеличению срока службы цинкового анода. Тонкопленочный слой также улучшает стабильность электрода за счет подавления ненужных химических/электрохимических реакций в электролите на поверхности электрода.

В лабораторных экспериментах анод из цинка с покрытием демонстрирует превосходную стабильность, длительный симметричный срок службы элемента и сохраняет емкость на уровне 80% после 2500 циклов в сочетании с катодом из оксида марганца. Кроме того, исследователи выявили движение ионов цинка в слое покрытия с помощью времяпролетного масс-спектрометрического анализа вторичных ионов (TOF-SIMS).

Это исследование обеспечивает простой процесс изготовления и доступные методы анализа для рационализации разработки высокопроизводительных ионно-цинковых батарей.

Ссылка на журнал: