Las baterías acuosas recargables de iones de zinc son componentes prometedores para el almacenamiento en redes eléctricas debido a su bajo costo y seguridad intrínseca. Sin embargo, su implementación práctica se ve obstaculizada por la escasa reversibilidad del ánodo de zinc, causada principalmente por la deposición caótica de Zn presente en forma de dendritas y reacciones secundarias.

Recientemente, un grupo de investigación dirigido por el Prof. Yang Weishen y el Dr. Zhu Kaiyue del Instituto Dalian de Física Química (DICP) de la Academia China de Ciencias (CAS) ha propuesto una estrategia que utiliza "portadores de iones" mediante la importación de Zn macromolecular.>2+ portadores con una gran relación masa-carga para desacoplar el flujo de iones del campo eléctrico no homogéneo y del sustrato. Este método proporciona una vía eficaz para superar los problemas de dendritas y reacciones secundarias.

Este estudio fue publicado en Energy &Environmental Science el 18 de agosto.

Los investigadores descubrieron que las nanohojas de estructura organometálica (MOF) presentan capacidad de migración bajo un campo eléctrico debido a su estructura de canal unidimensional y Zn ²⁺ preferencial. La adsorción, así como su química reductora única debido a la débil coordinación entre los ligandos y los iones de zinc, les permite actuar como Zn ²⁺ dinámico. portadores de iones.

Las nanohojas dinámicas de MOF podrían optimizar continuamente el ánodo de zinc durante el ciclo. Específicamente, el electrodo de zinc se reconstruyó gradualmente hacia una morfología similar a laminillas alineadas horizontalmente y una textura mejorada (002), mostrando un coeficiente de textura relativo de 96,9 (valor máximo de 100). Esta optimización en la morfología y textura podría atribuirse a la alineación horizontal de Zn ²⁺ iones por las limitaciones de las nanohojas MOF.

Además, la presencia de ligandos MOF contribuyó a la eliminación del Zn₄ indeseable. Entonces₄ (OH)₆ ·4H₂ O subproductos. Estos subproductos se convirtieron espontáneamente en nanohojas de MOF útiles gracias a las propiedades únicas de los ligandos. En consecuencia, Zn||Zn celdas simétricas y Zn||(NH₄ )₂ V₁₀ 0₂₅ ·8H₂ Las celdas O completas que emplean nanohojas de MOF en electrolitos exhibieron un rendimiento cíclico excepcional tanto a velocidades bajas como altas.

"La versatilidad de la estrategia del 'portador de iones' promete una expansión potencial para lograr ciclos altamente reversibles en otras celdas metálicas recargables, debido a su amplia aplicabilidad a diversos ligandos, sustratos y electrolitos", afirmó el profesor Yang.

Más información: Hanmiao Yang et al, Nanohojas de MOF como portadores de iones para ánodos de zinc autooptimizados, Energía y ciencias ambientales (2023). DOI:10.1039/D3EE01747H

Información de la revista: Energía y ciencias ambientales

Proporcionado por la Academia China de Ciencias