Batería Neutro Zinc-aire con cátodo NiCo/C-N muestra un rendimiento excepcional

16.04.2019 - China

Un equipo de investigadores de la Facultad de Química e Ingeniería Química de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hunan ha propuesto una nueva estrategia para la síntesis de catalizadores de metales no preciosos en baterías de zinc-aire que no comprometen su electroactividad, asequibilidad y estabilidad.

Como generador de energía verde y sostenible, la batería zinc-aire ha atraído la atención de los investigadores debido a su alta energía específica, alta densidad de corriente, bajo costo y respeto al medio ambiente. Sin embargo, no está exenta de inconvenientes. La lenta reacción de reducción de oxígeno (ORR) de su cátodo se ha convertido en un obstáculo para su aplicación comercial. Una posible solución es utilizar catalizadores a base de platino (Pt) y Pt, pero su alto costo y escasa disponibilidad lo hacen menos ideal. Además, el KOH alcalino (o NaOH) se utiliza generalmente como electrolito, pero conduce a la generación de carbonatos (CO32-) debido a la disolución de_CO2 en el electrolito, así como a la corrosión espontánea del zinc anódico en medios fuertemente alcalinos. Esto tiene el efecto de ralentizar la conductividad iónica del electrolito y la vida útil de la batería. Por lo tanto, se debe utilizar un electrolito neutro. Para complementar esto, es necesario encontrar un catalizador ORR de metal no precioso que también pueda funcionar en un electrolito neutro.

Un equipo de investigadores de la Facultad de Química e Ingeniería Química de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hunan introdujo una estrategia novedosa para la síntesis de catalizadores de metales no preciosos con una electroactividad excepcional para la reacción de reducción de oxígeno en electrolitos neutros. Prepararon catalizadores compuestos de nanotubos huecos de Ni/Co dopados con C-N (C-N, Co/C-N, Ni/C-N y Ni-Co/C-N) mediante una fácil pirólisis de sal de Ni/Co, diciandiamida y glucosa. Se ensambló una batería zinc-aire correspondiente en un medio neutro utilizando la muestra preparada como catalizador del electrodo de aire, demostrando un rendimiento de descarga y una estabilidad superiores.

Los compuestos de Ni/Co-dopados C-N as-synthesized muestran una estructura tubular rizada, resultando en una tremenda área de superficie activa y estabilidad. Se ha ensamblado una batería de zinc-aire neutro utilizando una solución de 0,5 mol-L-1 KNO3 utilizando el catalizador compuesto preparado recubierto con papel carbón como cátodo de aire, y una placa de Zn como ánodo. La batería con el catalizador catódico Ni-Co/C-N proporciona una tensión de circuito abierto de 1,13 V y una densidad de potencia máxima de 65 mW-cm-2. La densidad de corriente de descarga constante de 50, 100 y 150 mA-cm-2 puede durar 202, 93 y 11 horas respectivamente. Una meseta de voltaje estable aparece a varias densidades de corriente de descarga. La batería de zinc-aire neutro puede ser descargada repetidamente después de reemplazar el ánodo de zinc, mostrando la alta estabilidad del catalizador catódico y las amplias perspectivas de aplicación como fuente de energía móvil.

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