Nieuwe methode helpt zinkionbatterijen te stabiliseren

Een onderzoeksteam onder leiding van Dr. Li Zhaoqian van de Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) van de Chinese Academie van Wetenschappen ontdekte dat de toevoeging van 1,4-dioxaan (DX) moleculen aan de elektrolyt van waterig zinkion (Zn) batterij zou leiden tot de groei van de geprefereerde Zn (002) -textuur, waardoor de groei van Zn-dendrieten effectief wordt onderdrukt en de reversibiliteit en cyclusstabiliteit van de batterijen worden verbeterd.

De studie is gepubliceerd in ACS Nano.

Waterige oplaadbare zinkionbatterijen (ZIB’s) zijn een opkomend duurzaam systeem voor de volgende generatie energieopslagtechnologie op netschaal. De implementatie van deze technologie werd echter geplaagd door het ernstige dendrietprobleem en de slechte reversibiliteit van de Zn-anode.

In het hexagonale, dicht opeengepakte Zn-kristal heeft het (002)-facet de laagste oppervlakte-energie en de langzaamste groeisnelheid, wat een door de oppervlaktereactie gecontroleerd afzettingsproces mogelijk maakt en zo de ongebreidelde Zn vermindert.²⁺ flux en nevenreacties. Daarom kan het induceren van een geprefereerde Zn (002)-textuur de dendrietgroei en de vorming van nevenreacties effectief verlichten.

In deze studie construeerden de onderzoekers een geavanceerde strategie voor elektrolytmodulatie om de anode/elektrolyt-interface aan te passen. In dit nieuwe systeem kan de adsorptie van DX op het Zn-oppervlak Zn (002) textuurgroei induceren en de schadelijke nevenreacties onderdrukken.

De prestaties van het nieuwe systeem werden gevalideerd in daaropvolgende experimenten. De batterij met de toevoeging van DX vertoonde een langdurige fietsstabiliteit van 1000 uur, zelfs onder de zware omstandigheden van 10 mA cm^-2 met een ultrahoge cumulatieve capaciteit van 5 Ah cm^-2. De batterij vertoonde ook een hoge reversibiliteit met een gemiddeld coulombrendement van 99,7%.

“De Zn//NH₄V₄O₁₀ volledige cel met DX realiseerde een hoge specifieke capaciteit en capaciteitsbehoud,” zei Dr. Li Zhaoqian, “het is veel beter dan ZIB’s met pure ZnSO₄ elektrolyt.”

Deze studie, die selectief de depositiesnelheid van Zn aanpast²⁺ op het kristalvlak door moleculen te adsorberen, biedt een veelbelovende strategie voor het moduleren van hoogwaardige zinkanoden op moleculair niveau en zal naar verwachting toepasbaar zijn op andere metaalanoden met slechte stabiliteit en reversibiliteit.