Ett forskarlag vid University of Maryland (UMD) Department of Chemical and Biomolecular Engineering (ChBE) har uppnått ytterligare ett genombrott inom metallisk zinkbatterikemi - efter att ha förnyat en zink-luftbatterikatod som rapporterades i Vetenskap tidigare i år – den här gången specifikt för anoden.

Laget, ledd av UMD professor Chunsheng Wang, skapade en fluorerad interfas, vilket möjliggör reversibel vattenbaserad zinkbatterikemi. Longsheng Cao (ChBE Post-doc), Dan Li (ChBE Post-doc) och Travis Pollard (U.S. Army Research Lab) var första författare till studien, publiceras i Naturens nanoteknik den 10 maj.

"Metallisk zink är en suverän anod eftersom den har hög kapacitet, låg redoxpotential, hög förekomst och låg toxicitet, " sa Cao. "Det är också otroligt säkert, men lider av allvarlig irreversibilitet – t.ex. vi ser ofta dendrittillväxt och låg coulombisk effektivitet i vattenhaltiga elektrolyter, vilket gör bildningen av en fast-elektrolyt-interfas [SEI] omöjlig."

För detta ändamål, Wang-gruppen skapade en utspädd och sur vattenelektrolyt, med en alkylammoniumsalttillsats, vilket gav vika för bildandet av en robust och vattentät SEI. Denna kemi erbjuder dendritfri zinkplätering och strippning med nästan 100 % coulombisk effektivitet.

SEI, huvudsakligen sammansatt av hydrofob oorganisk fluorid, tillåter zinkjoner att röra sig fram och tillbaka, blockerar vatteninträngning, och förhindrar elektronöverföring. Sådan kemi förbjuder elektrolyt- eller zinkanodförbrukning, som möjliggör långtidsanvändning av vattenhaltiga zinkbatterier.

Denna studie fortsätter forskningens framsteg inom zinkbatteriet inklusive luftkatod, elektrolyter, organisk elektrolytbeläggning, SEI design, och MnO ₂ katoder.