Le batterie acquose ricaricabili agli ioni di zinco sono componenti promettenti per lo stoccaggio nella rete elettrica grazie al loro basso costo e alla sicurezza intrinseca. Tuttavia, la loro implementazione pratica è ostacolata dalla scarsa reversibilità dell'anodo di zinco, causata principalmente dalla caotica deposizione di zinco presente come dendrite e reazioni collaterali.
Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Yang Weishen e dal Dr. Zhu Kaiyue del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha proposto una strategia che utilizza "portatori di ioni" importando Zn2+ portatori con un ampio rapporto massa-carica per disaccoppiare il flusso ionico dal campo elettrico e dal substrato disomogenei. Questo metodo fornisce un percorso efficace per superare i problemi dei dendriti e delle reazioni collaterali.
Questo studio è stato pubblicato su Energy &Environmental Science il 18 agosto.
I ricercatori hanno scoperto che i nanofogli con struttura metallica organica (MOF) presentano capacità di migrazione sotto campo elettrico grazie alla loro struttura a canale unidimensionale e Zn 2+ preferenziale l'adsorbimento, così come la chimica riduttiva unica dovuta alla debole coordinazione tra ligandi e ioni zinco, consente loro di fungere da Zn 2+ dinamico portatori di ioni.
I nanofogli MOF dinamici potrebbero ottimizzare continuamente l'anodo di zinco durante il ciclismo. Nello specifico, l'elettrodo di zinco è stato gradualmente ricostruito verso una morfologia simile a lamelle allineate orizzontalmente e una texture migliorata (002), mostrando un coefficiente di texture relativo di 96,9 (valore massimo di 100). Questa ottimizzazione sulla morfologia e tessitura potrebbe essere attribuita all'allineamento orizzontale di Zn 2+ ioni dai vincoli dei nanofogli MOF.
Inoltre, la presenza di ligandi MOF ha contribuito all'eliminazione dello Zn4 indesiderato SO4 (OH)6 ·4H2 O sottoprodotti. Questi sottoprodotti sono stati convertiti spontaneamente in utili nanofogli MOF attraverso proprietà uniche dei ligandi. Di conseguenza, Zn||Zn celle simmetriche e Zn||(NH4 )2 V10 O25 ·8H2 O celle complete che utilizzano nanofogli MOF negli elettroliti hanno mostrato prestazioni ciclistiche eccezionali sia a velocità basse che elevate.
"La versatilità della strategia del 'vettore ionico' è promettente per una potenziale espansione verso il raggiungimento di un ciclo altamente reversibile in altre celle metalliche ricaricabili, grazie alla sua ampia applicabilità a vari ligandi, substrati ed elettroliti", ha affermato il Prof. Yang.
Ulteriori informazioni: Hanmiao Yang et al, MOF Nanosheets come trasportatori di ioni per un anodo di zinco auto-ottimizzato, Scienze energetiche e ambientali (2023). DOI:10.1039/D3EE01747H
Informazioni sul giornale: Scienze energetiche e ambientali
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
