De gefluoreerde interfase ondersteunt de zinkbatterij op waterbasis

Een onderzoeksteam van de afdeling Chemische en Biomoleculaire Techniek van de Universiteit van Maryland (UMD) (ChBE) heeft opnieuw een doorbraak bereikt in de chemie van metallische zinkbatterijen – na het innoveren van een zink-luchtbatterijkathode gerapporteerd in Wetenschap eerder dit jaar – dit keer specifiek voor de anode.

Het team, geleid door UMD-professor Chunsheng Wang, creëerde een gefluoreerde interfase, die omkeerbare op water gebaseerde zinkbatterijchemie mogelijk maakt. Longsheng Cao (ChBE Post-doc), Dan Li (ChBE Post-doc) en Travis Pollard (US Army Research Lab) dienden als eerste auteurs van de studie, gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie op 10 mei.

“Metallisch zink is een uitstekende anode omdat het beschikt over een hoge capaciteit, een laag redoxpotentieel, een hoge abundantie en een lage toxiciteit”, aldus Cao. “Het is ook ongelooflijk veilig, maar lijdt aan ernstige onomkeerbaarheid – we zien bijvoorbeeld vaak dendrietgroei en lage coulombische efficiëntie in waterige elektrolyten, waardoor de vorming van een vaste-elektrolyt-interfase [SEI] onmogelijk.”

Daartoe creëerde de Wang-groep een verdunde en zure waterelektrolyt, met een alkylammoniumzoutadditief, dat plaats maakte voor de vorming van een robuuste en waterdichte SEI. Deze chemie biedt dendrietvrij verzinken en strippen met bijna 100% coulomb-efficiëntie.

De SEI, voornamelijk samengesteld uit hydrofoob anorganisch fluoride, zorgt ervoor dat zinkionen heen en weer kunnen bewegen, blokkeert het binnendringen van water en voorkomt elektronenoverdracht. Een dergelijke chemie verbiedt het verbruik van elektrolyt of zinkanode, waardoor langdurig gebruik van waterige zinkbatterijen mogelijk is.

Deze studie zet de voortgang van het onderzoek in de zinkbatterij voort, waaronder luchtkathode, elektrolyten, organische elektrolytcoating, SEI-ontwerp en MnO₂ kathodes.