Si bien los científicos esperaban que las baterías recargables de dióxido de zinc-manganeso pudieran convertirse en una alternativa viable para las aplicaciones de almacenamiento en la red, los ingenieros de la Universidad de Illinois Chicago y sus colegas identificaron las razones por las que fallan estos sistemas de combustible a base de zinc.

Los científicos llegaron a esta conclusión después de aprovechar la microscopía electrónica avanzada, los experimentos electroquímicos y los cálculos teóricos para observar más de cerca cómo funciona el ánodo de zinc con el cátodo de manganeso en el sistema de la batería.

Sus hallazgos se informan hoy en Nature Sustainability .

"El zinc y el manganeso por separado tienen propiedades muy favorables para las baterías sostenibles de alta calidad; sin embargo, cuando se combinan en un sistema completo, su intercalación (su capacidad de recarga) ha sido discutible, y algunos estudios recientes sugieren que la inserción y desinserción de zinc en el dióxido de manganeso es responsable de la capacidad de recarga de las células", dijo el autor principal del estudio, Reza Shahbazian-Yassar, profesor de ingeniería mecánica e industrial de la UIC en la Facultad de Ingeniería.

"Con este estudio, demostramos que en realidad no hay evidencia microscópica de reinserción de zinc en el dióxido de manganeso, y lo que anteriormente se pensaba que eran indicadores de recarga se debía a la inserción de iones de hidrógeno cargados positivamente en el manganeso, no al zinc".

En sus experimentos, los investigadores construyeron celdas acuosas de dióxido de zinc-manganeso y las probaron durante 100 ciclos. Descargaron e intentaron recargar las baterías en experimentos mientras usaban microscopía electrónica para capturar imágenes a nivel atómico de las reacciones.

"Vimos que el hidrógeno es responsable del daño a las estructuras del túnel de dióxido de manganeso, reduciendo aún más el potencial de recarga de la batería", dijo Shahbazian-Yassar. "La información que hemos obtenido con estos experimentos revela importantes conocimientos atómicos sobre los mecanismos de la batería de zinc-manganeso. Ahora que sabemos lo que sucede a nivel celular, tenemos una brújula para encontrar mejores estrategias".

Shahbazian-Yassar dijo que diferentes estructuras celulares podrían hacer que el sistema sea más favorable para la inserción de zinc o tal vez estrategias para aprovechar los protones de hidrógeno. + Explora más

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