Las baterías de nitrato de zinc son un sistema primario de almacenamiento de energía no recargable que utiliza la diferencia de potencial redox entre los iones de zinc y nitrato para almacenar y liberar energía eléctrica. Un equipo de investigación codirigido por químicos de la City University de Hong Kong (CityU) ha desarrollado una batería recargable de nitrato de zinc/etanol de alto rendimiento mediante la introducción de un catalizador innovador.
Diseñaron y sintetizaron con éxito un metaleno de aleación de rodio-cobre heterofásico modificado con tetrafenilporfirina (tpp) eficiente (RhCu M-tpp). Este catalizador bifuncional exhibe capacidades notables tanto en la reacción electrocatalítica de reducción de nitrato (NO3 RR) y reacción de oxidación de etanol (EOR) en un medio neutro, superando las limitaciones monofuncionales de los catalizadores sólidos tradicionales a base de metales y proporcionando una valiosa referencia para el diseño de almacenamiento de energía sostenible en el futuro.
"Este estudio destaca la importancia de la catálisis de retransmisión molécula-metal para producir NH3 eficiente. electrosíntesis en NO3 RR y ofrece un prototipo de batería multifuncional que muestra los beneficios de los sistemas electroquímicos híbridos basados en metales en el almacenamiento y la conversión de energía sostenible y de alto rendimiento", dijo el profesor Fan Zhanxi, profesor asistente en el Departamento de Química de CityU, quien dirigió el estudio. destacando la importancia de los hallazgos.
Al profundizar en la singularidad de los hallazgos, el profesor Fan explicó que el RhCu M-tpp obtenido supera el desafío de los catalizadores tradicionales basados en Cu que requieren un potencial bastante negativo para convertir eficientemente el nitrato en amoníaco cuando se conduce NO3 RR en medio neutro. Además, basándose en la bifuncionalidad superior del RhCu M-tpp preparado tanto para NO3 RR y EOR, una batería recargable de nitrato de zinc/etanol, se construyó con éxito para abordar la escasa recargabilidad de las celdas galvánicas de nitrato de zinc tradicionales.
Además, en este trabajo se desveló un mecanismo de catálisis de retransmisión molécula-metal, mediante el cual el nitrato se reduce primero a nitrito en tpp, y luego el nitrito generado se convierte en amoníaco en sitios metálicos. Esto verificó la viabilidad de la modificación de la superficie molecular para mejorar el rendimiento electroquímico de los nanometales para el NO3. RR.
El artículo se publica en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences. .
La actividad de los catalizadores catódicos es crucial para el rendimiento de las baterías de nitrato de zinc. Sin embargo, actualmente los catalizadores a base de cobre usados tienen limitaciones. Requieren un potencial aplicado muy negativo y tienen una adsorción de protones débil, lo que da como resultado una densidad de corriente y un rendimiento de amoníaco bajos. Además, estos catalizadores no son adecuados para la reacción electrocatalítica de evolución de oxígeno (REA), lo que genera baterías no recargables y una vida útil deficiente.
Para abordar estos problemas, el equipo de investigación desarrolló metalenos RhCu bimetálicos ultrafinos para reducir la barrera energética del cobre. Después de muchos intentos, descubrieron que modificar la superficie de los metalenos RhCu con una pequeña molécula, llamada tpp, mejoraba significativamente la eficiencia de la conversión de nitrato en amoníaco sin comprometer el rendimiento de los sustratos metálicos en la oxidación de etanol. Por lo tanto, este avance puede mejorar el rendimiento general de las baterías de nitrato de zinc.
Los resultados de la investigación ofrecen una solución eficaz para la construcción de sistemas de energía híbridos de alto rendimiento basados en zinc y proporcionan información valiosa para el futuro diseño de catalizadores de dispositivos multifuncionales y respetuosos con el medio ambiente.
Más información: Jingwen Zhou et al, Construcción de catálisis de relé de molécula-metal sobre metaleno heterofásico para baterías recargables de nitrato de zinc/etanol de alto rendimiento, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2023). DOI:10.1073/pnas.2311149120
Información de la revista: Actas de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por la Universidad de la ciudad de Hong Kong
