Enquanto os cientistas esperavam que as baterias recarregáveis ​​de dióxido de zinco-manganês pudessem ser desenvolvidas em uma alternativa viável para aplicações de armazenamento em rede, engenheiros da Universidade de Illinois Chicago e seus colegas identificaram as razões pelas quais esses sistemas de combustível à base de zinco falham.
Os cientistas chegaram a essa conclusão depois de alavancar microscopia eletrônica avançada, experimentos eletroquímicos e cálculos teóricos para observar mais de perto como o ânodo de zinco funciona com o cátodo de manganês no sistema de bateria.

Suas descobertas são relatadas hoje em Nature Sustainability .

"Zinco e manganês separadamente têm propriedades muito favoráveis ​​para baterias sustentáveis ​​de alta qualidade; no entanto, quando combinados em um sistema completo, sua intercalação - sua recarga - tem sido discutível, com alguns estudos recentes sugerindo que a inserção e desinserção de zinco no dióxido de manganês é responsável pela capacidade de recarga das células", disse o autor principal do estudo Reza Shahbazian-Yassar, professor de engenharia mecânica e industrial da UIC na Faculdade de Engenharia.

“Com este estudo, mostramos que na verdade não há evidência microscópica de reinserção de zinco no dióxido de manganês, e o que se pensava anteriormente ser um indicador de recarga era de íons de hidrogênio carregados positivamente sendo inseridos no manganês, não no zinco”.

Em seus experimentos, os pesquisadores construíram células aquosas de dióxido de zinco-manganês e as testaram ao longo de 100 ciclos. Eles descarregaram e tentaram recarregar as baterias em experimentos enquanto usavam microscopia eletrônica para capturar imagens de nível atômico das reações.

"Vimos que o hidrogênio é responsável pelos danos nas estruturas do túnel de dióxido de manganês, reduzindo ainda mais o potencial de recarga da bateria", disse Shahbazian-Yassar. "As informações que obtivemos com esses experimentos revelam importantes insights atômicos sobre os mecanismos da bateria de zinco-manganês. Agora que sabemos o que está acontecendo no nível da célula, temos uma bússola para encontrar melhores estratégias."

Shahbazian-Yassar disse que diferentes estruturas celulares podem tornar o sistema mais favorável à inserção de zinco ou talvez estratégias para aproveitar os prótons de hidrogênio. + Explorar mais

Pesquisadores investigam túneis do tamanho de átomos em busca de uma bateria melhor