I ricercatori sviluppano zinco acquoso

Le batterie ricaricabili acquose basate su anodi di zinco sono tra i sistemi più promettenti per sostituire le tradizionali batterie agli ioni di litio grazie alla loro sicurezza intrinseca, atossicità, rapporto costo-efficacia e eccezionale potenza erogata.

Un gruppo di ricerca dell’Università della Scienza e della Tecnologia di Pohang (POSTECH) ha sviluppato una batteria acquosa stabile agli ioni di zinco che utilizza l’acqua come elettrolita. Hanno utilizzato uno strato polimerico protettivo per prevenire la corrosione degli elettrodi e aumentare la stabilità dell’anodo di zinco, migliorando la stabilità elettrochimica della batteria acquosa agli ioni di zinco.

Le batterie agli ioni di litio leggere e ad alta capacità sono ampiamente utilizzate nei telefoni cellulari, nei laptop e in altri beni necessari nel mondo di oggi. Tuttavia, gli elettroliti utilizzati nelle batterie convenzionali agli ioni di litio sono intrinsecamente infiammabili e provocano incendi o esplosioni mortali. Un simile incidente può causare danni diretti agli utenti.

Per risolvere questo problema, si stanno sviluppando batterie con elettroliti acquosi non infiammabili come promettenti sostituti. Tuttavia, la minore reversibilità dell'anodo di zinco negli elettroliti acquosi, derivante dai dendriti di zinco e dalle reazioni laterali superficiali, limita la realizzazione pratica delle batterie agli ioni di zinco.

Il team di ricerca POSTECH ha sviluppato un anodo di zinco rivestito con uno strato protettivo multifunzionale utilizzando un copolimero a blocchi per migliorare la reversibilità delle batterie agli ioni di zinco. Il nuovo strato polimerico è elastico ed estensibile e resiste all'espansione del volume durante la carica e la scarica della batteria.

Si è scoperto che lo strato protettivo polimerico induce una distribuzione omogenea degli ioni e sopprime la crescita dendritica, contribuendo alla durata a lungo termine dell'anodo di zinco. Lo strato di pellicola sottile migliora inoltre la stabilità dell'elettrodo sopprimendo reazioni chimiche/elettrochimiche non necessarie nell'elettrolita sulla superficie dell'elettrodo.

Negli esperimenti di laboratorio, l'anodo di zinco rivestito mostra un'eccellente stabilità con una durata della cella simmetrica a lungo termine e mantiene una ritenzione della capacità dell'80% dopo 2.500 cicli, accoppiato con un catodo di ossido di manganese. Inoltre, i ricercatori hanno rivelato il movimento degli ioni di zinco nello strato di rivestimento utilizzando l’analisi TOF-SIMS (spettrometria di massa degli ioni secondari al tempo di volo).

Questo studio fornisce un processo di fabbricazione semplice e metodi di analisi accessibili per razionalizzare lo sviluppo di batterie agli ioni di zinco ad alte prestazioni.

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