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Jul 05, 2023

Ánodo de zinc estabilizado para mejorar el rendimiento del zinc.

El profesor Soojin Park y Gyujin Song del Departamento de Química y el candidato a doctorado Sangyeop Lee de la División de Ciencia de Materiales Avanzados de POSTECH han creado un ion de zinc acuoso estable

El profesor Soojin Park y Gyujin Song del Departamento de Química y el candidato a doctorado Sangyeop Lee de la División de Ciencia de Materiales Avanzados de POSTECH han creado una batería acuosa estable de iones de zinc que utiliza agua como electrolito. El equipo utilizó una capa protectora de polímero para evitar la corrosión del electrodo y aumentar la estabilidad del ánodo de zinc. Posteriormente, esto mejoró la estabilidad electroquímica de la batería acuosa de iones de zinc.

El estudio, titulado "Interfase de copolímero de bloque elástico selectivo de iones y de protección química para un ánodo de metal de zinc duradero", se publicó en Cell Reports Physical Science.

Las baterías de iones de litio son la tecnología predominante entre los fabricantes, ya que se utilizan en teléfonos móviles y portátiles, y tienen una importancia cada vez mayor para su uso en tecnologías de energía limpia, como los vehículos eléctricos y las energías renovables. Estas baterías son livianas y tienen una alta capacidad, lo que las hace ventajosas para una variedad de aplicaciones.

Sin embargo, existen problemas de seguridad con las baterías de iones de litio convencionales, ya que los electrolitos orgánicos que se utilizan en ellas son altamente inflamables y pueden provocar incendios o explosiones fatales. Dado que las baterías de iones de litio son de gran importancia y se utilizan ampliamente en nuestra vida cotidiana, estos accidentes pueden causar daños directos a los usuarios. Esto ha llevado a la demanda de una tecnología de batería más segura.

Para superar los problemas de un electrolito a base de solventes orgánicos inflamables, se están desarrollando baterías de electrolito acuoso como posibles reemplazos. Estas baterías son intrínsecamente seguras, tienen una alta conductividad iónica y brindan beneficios económicos.

Aunque las baterías de iones de zinc pueden superar los problemas de seguridad de las baterías de iones de litio, el ánodo de zinc tiene una reversibilidad inferior en electrolitos acuosos. Estos son causados ​​por dendritas de zinc y reacciones en la superficie, lo que impide el uso de baterías de iones de zinc.

Para mejorar el rendimiento de la batería de iones de zinc, el equipo de investigación de POSTECH desarrolló un ánodo de zinc recubierto con una capa protectora multifuncional mediante el uso de un copolímero de bloque. Durante la carga y descarga de la batería, la nueva capa de polímero puede soportar la expansión de volumen debido a su elasticidad.

La vida útil del ánodo de zinc también aumentó al utilizar la capa protectora de polímero, ya que los investigadores descubrieron que inducía una distribución homogeneizada de iones y suprimía el crecimiento dendrítico. La estabilidad del electrodo también mejoró, ya que la fina capa de película inhibió cualquier reacción química y electroquímica innecesaria en el electrolito de la superficie del electrodo.

Los investigadores también descubrieron el movimiento de los iones de zinc en la capa de recubrimiento mediante el uso de análisis de espectrometría de masas de iones secundarios de tiempo de vuelo (TOF-SIMS). La obtención de imágenes exitosas de los movimientos de los iones de zinc promete más investigaciones sobre las propiedades superficiales de los ánodos de las baterías.

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