Baterias aquosas recarregáveis ​​de íon de zinco são componentes promissores para armazenamento em redes elétricas devido ao seu baixo custo e segurança intrínseca. No entanto, a sua implementação prática é dificultada pela fraca reversibilidade do ânodo de zinco, causada principalmente pela deposição caótica de Zn presente como dendritos e reações colaterais.



Recentemente, um grupo de pesquisa liderado pelo Prof. Zhu Kaiyue do Instituto de Física Química de Dalian (DICP) da Academia Chinesa de Ciências (CAS) propôs uma estratégia usando "portadores de íons" importando Zn macromolecular>2+ portadores com uma grande relação massa-carga para desacoplar o fluxo de íons do campo elétrico e do substrato não homogêneos. Este método fornece um caminho eficiente para superar os problemas de dendritos e reações colaterais.

Este estudo foi publicado em Energia e Ciência Ambiental em 18 de agosto.

Os pesquisadores descobriram que nanofolhas de estrutura metálica orgânica (MOF) apresentam capacidade de migração sob campo elétrico devido à sua estrutura de canal unidimensional e Zn preferencial ²⁺ a adsorção, bem como a química redutiva única devido à fraca coordenação entre ligantes e íons de zinco, permite que eles sirvam como Zn dinâmico ²⁺ portadores de íons.

As nanofolhas dinâmicas de MOF poderiam otimizar continuamente o ânodo de zinco durante o ciclo. Especificamente, o eletrodo de zinco foi gradualmente reconstruído em direção a uma morfologia semelhante a lamelas alinhadas horizontalmente e textura aprimorada (002), mostrando um coeficiente de textura relativo de 96,9 (valor máximo de 100). Esta otimização na morfologia e textura pode ser atribuída ao alinhamento horizontal de Zn ²⁺ íons pelas restrições das nanofolhas MOF.

Além disso, a presença de ligantes MOF contribuiu para a eliminação de Zn₄ indesejáveis SO₄ (OH)₆ ·4H₂ Ó subprodutos. Esses subprodutos foram convertidos espontaneamente em nanofolhas úteis de MOF por meio de propriedades únicas de ligantes. Consequentemente, células simétricas Zn||Zn e Zn||(NH₄ )₂ V₁₀ O₂₅ ·8H₂ As células completas que empregam nanofolhas MOF em eletrólitos exibiram excelente desempenho de ciclagem em taxas baixas e altas.

"A versatilidade da estratégia de 'transportador de íons' é uma promessa de expansão potencial para alcançar ciclagem altamente reversível em outras células metálicas recarregáveis, devido à sua ampla aplicabilidade a vários ligantes, substratos e eletrólitos", disse o Prof.

Mais informações: Hanmiao Yang et al, Nanofolhas MOF como transportadores de íons para ânodo de zinco auto-otimizado, Energia e Ciência Ambiental (2023). DOI:10.1039/D3EE01747H
Informações do diário: Energia e Ciência Ambiental

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