Demonstração de um sistema de armazenamento de energia renovável. Fotos da demonstração dos pesquisadores de um sistema de armazenamento de energia renovável baseado em um pack DZMB (no meio da foto) integrado com módulos solares fotovoltaicos (PV) e um gerador eólico através de um controlador. O controlador também foi conectado a um painel de diodo emissor de luz (LED), servindo como carga elétrica. Crédito:Zhong et al.
A demanda global por baterias recarregáveis cresceu exponencialmente na última década ou mais, pois são necessários para alimentar o número crescente de dispositivos eletrônicos portáteis, como telefones inteligentes, laptops, tablets, relógios inteligentes e rastreadores de fitness. Para trabalhar de forma mais eficiente, baterias recarregáveis devem ter alta densidade de energia, no entanto, eles também devem estar seguros, estável e amigo do ambiente.
Embora as baterias de íon-lítio (LIBs) sejam agora alguns dos sistemas de armazenamento de energia recarregável mais difundidos, eles contêm eletrólitos orgânicos que são altamente voláteis, o que reduz significativamente sua segurança. Nos últimos anos, Pesquisadores têm tentado identificar novas composições de baterias que não contenham eletrólitos inflamáveis e instáveis.
Entre as alternativas mais promissoras aos LIBs estão as baterias baseadas em eletrólitos não inflamáveis e de baixo custo à base de água, como baterias de chumbo-ácido e zinco-manganês. Essas baterias têm inúmeras vantagens, incluindo maior segurança e baixos custos de produção. Até aqui, Contudo, A perfomance deles, a voltagem de trabalho e a capacidade de recarga foram um tanto limitadas em comparação com as soluções à base de lítio.
Pesquisadores do Laboratório Principal de Cerâmica Avançada e Tecnologia de Usinagem, o Tianjin Key Laboratory of Composite and Functional Materials e a Tianjin University na China introduziram recentemente uma nova estratégia de design que pode melhorar o desempenho do dióxido de zinco-manganês (Zn-MnO 2 ) baterias. A abordagem que desenvolveram, apresentado em um artigo publicado em Nature Energy , envolve o desacoplamento de eletrólitos dentro da bateria para permitir uma química redox ideal em Zn e MnO 2 eletrodos.
"Nosso trabalho ocorreu acidentalmente quando montamos um Zn-MnO alcalino 2 bateria com MnO eletrodepositado recentemente 2 , que tem algum H residual 2 TÃO 4 (do banho de eletrodeposição) no MnO 2 superfície, "Prof. Cheng Zhong, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse TechXplore. "A bateria montada exibiu tensão de descarga extra maior do que o Zn-MnO convencional 2 baterias, que nos encorajou a reduzir as coisas ao básico, estabelecendo as bases para nosso estudo. "
O professor Zhong e seus colegas descobriram que sua estratégia para desacoplar eletrólitos levou a um melhor desempenho de Zn-MnO 2 baterias com uma tensão de circuito aberto de 2,83 V. Este é um resultado altamente promissor, considerando que o Zn-MnO mais convencional 2 as baterias normalmente têm uma voltagem de 1,5V.
A capacidade da bateria fabricada usando sua estratégia de desacoplamento de eletrólito, apelidado de DZBM, desbotou em apenas 2% após ter sido continuamente usado e recarregado por 200 horas. Além disso, a bateria reteve 100% de sua capacidade em uma variedade de densidades de corrente de descarga. Notavelmente, os pesquisadores demonstraram que as baterias criadas usando seu método também podem ser integradas a sistemas de energia híbrida eólica e fotovoltaica, o que aumenta ainda mais sua sustentabilidade.
"A estratégia de desacoplamento de eletrólito visa permitir simultaneamente a química redox ideal do Zn e do MnO 2 eletrodos, "Explicou o Prof. Zhong. As condições de trabalho do MnO 2 cátodo e ânodo Zn foram desacoplados para permitir MnO ácido 2 e reações redox alcalinas de Zn em uma única célula. A bateria DZMB resultante tem uma tensão de trabalho muito mais alta e vida útil prolongada do que o Zn-MnO alcalino tradicional 2 baterias. "
No futuro, a nova estratégia de design introduzida pelo Prof. Zhong e seus colegas poderia ser usada para produzir o novo Zn-MnO 2 baterias de baixo custo e seguras, mas que também têm tensões de circuito aberto excepcionalmente altas e uma vida útil prolongada. Notavelmente, a mesma estratégia também pode ser usada para melhorar o desempenho de outras baterias aquosas à base de zinco, incluindo aqueles com composições de Zn-Cu e Zn-Ag.
"Uma vez que o custo e o desempenho das membranas seletivas de íons de última geração ainda são insatisfatórios, nossas pesquisas futuras se concentrarão nos estudos de projetos de desacoplamento sem o uso de membranas, "Disse o professor Zhong.
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