Una membrana compuesta para baterías de flujo de larga duración a base de zinc
Investigadores dirigidos por los Profesores. LI Xianfeng del Instituto Dalian de Física Química (DICP) de la Academia China de Ciencias ha desarrollado recientemente una membrana compuesta para baterías de flujo de larga duración a base de zinc.
Ilustración esquemática del efecto sinérgico (conductividad térmica y resistencia mecánica) de la capa de escamas de BNNS en la deposición de zinc.
HU Jing
La batería de flujo basada en zinc (ZFB) ha captado mucha atención como aplicación estacionaria de almacenamiento de energía debido a su bajo costo, alta seguridad intrínseca y respeto al medio ambiente. Sin embargo, su desarrollo se ve limitado por la escasa duración del ciclo y los malos resultados de la carga y descarga, debido principalmente a problemas de dendritas/acumulación de zinc.
Las membranas conductoras de iones desempeñan un papel importante en la regulación de la morfología del depósito de zinc y en la inhibición del crecimiento de las dendritas, mejorando así la estabilidad del ciclo de la pila.
En la primera etapa de su investigación, el grupo de LI ajustó la dirección y la morfología de la deposición de zinc mediante la modulación de las propiedades de carga negativa de la membrana porosa conductora de iones, mejorando así la capacidad de área y la estabilidad de ciclo de las baterías de flujo basadas en zinc (Nat. Commun., 2018).
Basándose en su trabajo anterior, los investigadores desarrollaron entonces una membrana compuesta mediante el recubrimiento de nano hojas de nitruro de boro (BNNSs) que exhibían una alta conductividad térmica y resistencia mecánica sobre un sustrato de membrana porosa.
La capa de escamas de BNNSs que se encuentra frente al electrodo negativo sirve como portador de calor, mejorando así la distribución de la temperatura superficial del electrodo y ajustando aún más la morfología del zinc. Además, su alto nivel de resistencia mecánica evita que el zinc metálico dañe la membrana.
El efecto sinérgico de estos dos factores puede mejorar el ciclo de vida de los ZFB. Las pilas alcalinas de flujo de zinc-hierro ensambladas con esta membrana pueden funcionar de forma estable durante 500 ciclos de carga y descarga (~800 h) a una densidad de corriente de 80 mA cm-2 sin una atenuación significativa.
Lo más importante es que se puede obtener una eficiencia energética superior al 80% incluso a 200 mA cm-2. Estos resultados pueden servir de referencia para la regulación de los ánodos de zinc en las pilas con base de zinc.
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