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Jul 05, 2023

Ânodo de zinco estabilizado para melhorar o desempenho do zinco

O professor Soojin Park e Gyujin Song do Departamento de Química e o candidato a doutorado Sangyeop Lee da Divisão de Ciência de Materiais Avançados da POSTECH criaram um íon de zinco aquoso estável

O professor Soojin Park e Gyujin Song do Departamento de Química e o candidato a doutorado Sangyeop Lee da Divisão de Ciência de Materiais Avançados da POSTECH criaram uma bateria aquosa estável de íons de zinco que usa água como eletrólito. A equipe usou uma camada protetora de polímero para evitar a corrosão do eletrodo e aumentar a estabilidade do ânodo de zinco. Posteriormente, isso melhorou a estabilidade eletroquímica da bateria aquosa de íons de zinco.

O estudo, intitulado 'Interfase de copolímero em bloco elástico com proteção química e seletiva de íons para ânodo metálico de zinco durável', foi publicado na Cell Reports Physical Science.

As baterias de iões de lítio são a tecnologia predominante de escolha dos fabricantes, sendo utilizadas em telemóveis e computadores portáteis, e têm uma importância crescente para utilização em tecnologias de energia limpa, como veículos eléctricos e energias renováveis. Essas baterias são leves e possuem alta capacidade, o que as torna vantajosas para uma variedade de aplicações.

No entanto, existem problemas de segurança com as baterias convencionais de iões de lítio, uma vez que os electrólitos orgânicos nelas utilizados são altamente inflamáveis ​​e podem provocar incêndios fatais ou explosões. Como as baterias de íon-lítio são de grande importância, sendo amplamente utilizadas no nosso dia a dia, esses acidentes podem causar danos diretos aos usuários. Isso levou à demanda por uma tecnologia de bateria mais segura.

Para superar os problemas de um eletrólito inflamável à base de solvente orgânico, baterias de eletrólitos aquosos estão sendo desenvolvidas como potenciais substitutos. Essas baterias são intrinsecamente seguras, possuem alta condutividade iônica e proporcionam benefícios econômicos.

Embora as baterias de íon de zinco possam superar os problemas de segurança das baterias de íon de lítio, o ânodo de zinco tem uma reversibilidade inferior em eletrólitos aquosos. Eles são causados ​​por dendritos de zinco e reações na superfície, impedindo o uso de baterias de íons de zinco.

Para melhorar o desempenho da bateria de íons de zinco, a equipe de pesquisa da POSTECH desenvolveu um ânodo de zinco revestido com uma camada protetora multifuncional usando um copolímero em bloco. Durante o carregamento e descarregamento da bateria, a nova camada de polímero pode suportar expansão de volume devido à sua elasticidade.

A vida útil do ânodo de zinco também aumentou com o uso da camada protetora de polímero, pois os pesquisadores descobriram que ela induzia a distribuição homogeneizada de íons e suprimia o crescimento dendrítico. A estabilidade do eletrodo também foi melhorada, pois a fina camada de filme inibiu quaisquer reações químicas e eletroquímicas desnecessárias no eletrólito na superfície do eletrodo.

Os pesquisadores também descobriram o movimento dos íons de zinco na camada de revestimento usando análise de espectrometria de massa de íons secundários de tempo de voo (TOF-SIMS). A imagem bem-sucedida dos movimentos dos íons de zinco promete mais pesquisas sobre as propriedades da superfície dos ânodos da bateria.

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