Se propone una nueva estrategia para las pilas de zinc-ion de uso en todo tipo de climas
"Este trabajo demuestra la eficacia de estas baterías, tanto en términos de capacidad como de su capacidad para funcionar en una amplia gama de temperaturas"
Según un estudio publicado en Advanced Energy Materials, un equipo de investigación dirigido por el profesor HU Linhua, de los Institutos de Ciencias Físicas de Hefei de la Academia China de Ciencias, ha construido una fórmula de electrolito de hidrogel utilizando aniones ClO4- y cadenas de poliacrilamida para anclar moléculas de agua, mientras que las moléculas de glucosa regulan preferentemente la solvatación del Zn2+.
a. Ilustración esquemática del diseño y construcción de la estructura del electrolito; b. Ilustración esquemática del comportamiento del recubrimiento de Zn en Glu/ZC/PAM (izquierda) y ZC puro (derecha).
LI Zhaoqian
Se consiguió interrumpir eficazmente las agrupaciones de agua y mejorar la covalencia del agua, con lo que se amplió la ventana de estabilidad del voltaje y se consiguió un funcionamiento estable en un amplio rango de temperaturas.
"Esto significa que las pilas acuosas de zinc podrían funcionar de forma estable teniendo en cuenta los factores estacionales y de altitud. Y lo que es más importante, se analiza sistemáticamente el mecanismo de resistencia a la temperatura en el medio acuoso, la solvatación del Zn2+ y la interfaz Zn/electrolito", afirma LI ZHAO Qian, miembro del equipo.
Las transiciones irreversibles de fase del electrolito y una reacción parasitaria acelerada amenazan enormemente la adaptabilidad climática de las baterías acuosas de iones de Zn. La actividad del agua afecta al punto de congelación del electrolito, a la ventana de estabilidad del voltaje y al comportamiento de la deposición interfacial de Zn. Gracias a su propiedad antifugas, a la estabilidad de la estructura del polímero y a los numerosos sitios de anclaje para el agua libre, el diseño racional del electrolito de hidrogel mejora eficazmente la adaptabilidad climática de la batería.
En este estudio, los investigadores construyen un electrolito de hidrogel "reforzado con covalencia" con una adhesión interfacial superior y una gran capacidad para retener la humedad. Mediante análisis espectral y cálculos teóricos, revelaron una actividad debilitada del agua a granel y una solvatación regulada del Zn2+, lo que retrasó el punto de congelación del electrolito, facilitó su capacidad de retención de la humedad e inhibió las reacciones secundarias inducidas por el agua.
La simulación COMSOL y la evolución morfológica muestran la mejora de las propiedades mecánicas del electrolito y la interfaz de Zn termodinámicamente estable. Estas ventajas resisten la formación de dendritas y resuelven los problemas de contacto electrodo-electrolito, proporcionando a las pilas un amplio rango operativo de -40~130°C.
"Cuando el electrolito se utiliza en baterías de petaca, muestra una impresionante capacidad de 254 mAh/g a -30°C y 438,1 mAh/g a temperatura ambiente. Esto es muy importante porque la mayoría de las baterías anteriores no superaban los 200 mAh/g a -30°C ni los 400 mAh/g a temperatura ambiente. Este trabajo demuestra lo eficaces que son estas baterías, tanto por su capacidad como por su aptitud para funcionar en una amplia gama de temperaturas", afirma el Dr. LI.
También ensamblaron las baterías de Zn//Zn y Zn//Cu para evaluar la vida útil estable y la reversibilidad del recubrimiento de Zn. A baja densidad de corriente, la vida útil del ánodo de Zn supera las 2.000 horas, mejor que la del electrolito líquido. Incluso a alta densidad de corriente, la batería con Glu/ZC/PAM puede funcionar de forma estable durante más de 500 horas. Las baterías de Zn//Cu pueden funcionar de forma estable durante más de 800 horas con una alta eficiencia media de Coulomb del 99,2%, altamente competitiva con los electrolitos de hidrogel anteriores.
Este estudio modula la estructura de coordinación y adapta la actividad termodinámica entre la interfaz electrolito/Zn empleando un electrolito de hidrogel multifuncional, que degenera las reacciones parasitarias perjudiciales y amplía el rango de temperaturas de funcionamiento. Proporciona una estrategia segura y altamente eficiente para realizar dispositivos acuosos de iones de zinc para todo tipo de climas.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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