Sursele de energie regenerabile, precum energia eoliană și solară, pot contribui la reducerea dependenței lumii de combustibilii fosili. Dar mai întâi, companiile energetice au nevoie de o modalitate sigură și rentabilă de a conserva energia pentru o utilizare ulterioară. Bateriile masive litiu-ion pot face treaba, dar suferă de probleme de siguranță și de disponibilitate limitată de litiu. Acum, cercetătorii care raportează la ACS Scrisoarea Nano au realizat un prototip al unei baterii fără anod, pe bază de zinc, care utilizează materiale ieftine, abundente în mod natural.
Bateriile de apă pe bază de zinc au fost studiate anterior pentru stocarea energiei din rețea datorită siguranței și densității lor ridicate de energie. În plus, materialele folosite pentru realizarea lor sunt abundente în mod natural. Cu toate acestea, bateriile reîncărcabile de zinc dezvoltate până acum au necesitat anoduri groși de metal zincat, care conțin un exces mare de zinc, ceea ce crește costul. De asemenea, anodii tind să formeze dendrite – proiecții cristaline ale metalelor de zinc depuse pe anod în timpul încărcării – care pot lega bateria. Yunpei Zhu, Yi Cui și Husam Alshareef s-au întrebat dacă este cu adevărat necesar un anod de zinc. Inspirați de explorările anterioare ale bateriilor cu litiu și sodiu „fără anod”, cercetătorii au decis să creeze o baterie în care un catod bogat în zinc să fie singura sursă pentru placarea zincului peste un colector de curent de cupru.
O baterie Zn – MnO2 fără anod. Credit: Nano Letters
În bateria lor, cercetătorii au folosit un catod de dioxid de mangan pe care l-au pre-legat cu ioni de zinc, o soluție apoasă de electrolit apos de trifluormetansulfonat și un colector de folie de cupru curent. În timpul încărcării, metalul de zinc este depus pe hârtia de cupru și în timpul descărcării metalul este îndepărtat, eliberând electronii care alimentează bateria. Pentru a preveni formarea de dendrite, cercetătorii au acoperit colectorul de curent de cupru cu un strat de nanodisc de carbon. Această acoperire a promovat acoperirea uniformă cu zinc, prevenind astfel dendritele și sporind eficiența placării și decupării zincului. Bateria a prezentat eficiență ridicată, densitate energetică și durabilitate, deținând 62,8% din capacitatea sa de stocare după 80 de cicluri de încărcare și descărcare. Proiectarea bateriilor fără anod deschide noi linii directoare pentru utilizarea bateriilor de apă pe bază de zinc în sistemele de economisire a energiei, spun cercetătorii.
Referință: “A Zn – MnO fără anod2 Baterie ”de Yunpei Zhu, Yi Cui și Husam N. Alshareef, 20 ianuarie 2021, Scrisoarea Nano.
DOI: 10.1021 / acs.nanolett.0c04519
Autorii primesc finanțare de la King University of Science and Technology.