Reza Shahbazian-Yassar med mikroskop. Kredit:Jim Young/UIC
Medan forskare har hoppats att laddningsbara zink-mangandioxid-batterier skulle kunna utvecklas till ett lönsamt alternativ för nätlagringsapplikationer, identifierade ingenjörer vid University of Illinois Chicago och deras kollegor orsakerna till att dessa zinkbaserade bränslesystem misslyckas.
Forskarna kom fram till denna slutsats efter att ha utnyttjat avancerad elektronmikroskopi, elektrokemiska experiment och teoretiska beräkningar för att titta närmare på hur zinkanoden fungerar med mangankatoden i batterisystemet.
Deras resultat rapporteras idag i Nature Sustainability .
"Zink och mangan separat har mycket gynnsamma egenskaper för hållbara batterier av hög kvalitet, men när de paras ihop i ett komplett system har deras interkalering - deras laddningsbarhet - varit diskutabel, med några nya studier som tyder på att zinkinföring och -insättning i mangandioxid är ansvarig för uppladdningsbarhet av cellerna", säger studiens huvudförfattare Reza Shahbazian-Yassar, UIC-professor i maskin- och industriteknik vid College of Engineering.
"Med den här studien visade vi att det faktiskt inte finns några mikroskopiska bevis på att zink återinförs i mangandioxid, och vad som tidigare ansågs vara indikatorer på omladdning var från positivt laddade vätejoner som infördes i manganet, inte zink."
I sina experiment byggde forskarna vattenhaltiga zink-mangandioxidceller och testade dem under 100 cykler. De laddade ur och försökte ladda batterierna i experiment medan de använde elektronmikroskopi för att fånga bilder på atomnivå av reaktionerna.
"Vi såg att vätgas är ansvarigt för skadorna på tunnelstrukturerna av mangandioxid, vilket ytterligare minskar batteriets potential att ladda om," sa Shahbazian-Yassar. "Informationen vi har fått med dessa experiment avslöjar viktiga atomära insikter om mekanismerna för zink-manganbatteriet. Nu när vi vet vad som händer på cellnivå har vi en kompass för att hitta bättre strategier."
Shahbazian-Yassar sa att olika cellstrukturer kan göra systemet mer gynnsamt för zinkinförande eller kanske strategier för att utnyttja väteprotonerna. + Utforska vidare
