Vattenhaltiga uppladdningsbara zinkjonbatterier är lovande komponenter för lagring av elnät på grund av deras låga kostnad och inneboende säkerhet. Deras praktiska implementering hindras dock av dålig reversibilitet hos zinkanoden, främst orsakad av den kaotiska Zn-avsättningen som finns som dendriter och sidoreaktioner.
Nyligen har en forskargrupp ledd av Prof. Yang Weishen och Dr. Zhu Kaiyue från Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) föreslagit en strategi som använder "jonbärare" genom att importera makromolekylär Zn 2+ bärare med ett stort förhållande mellan massa och laddning för att frikoppla jonflödet från det inhomogena elektriska fältet och substratet. Denna metod ger en effektiv väg för att övervinna dendrit- och bireaktionsproblemen.
Denna studie publicerades i Energy &Environmental Science den 18 augusti.
Forskarna fann att metallorganiska ramverk (MOF) nanoskivor med migreringsförmåga under elektriska fält på grund av deras endimensionella kanalstruktur och preferentiella Zn 2+ adsorption, såväl som unik reduktiv kemi på grund av den svaga koordinationen mellan ligander och zinkjoner, gör det möjligt för dem att fungera som dynamisk Zn 2+ jonbärare.
De dynamiska MOF nanosheets kan kontinuerligt optimera zinkanod under cykling. Specifikt rekonstruerades zinkelektroden gradvis mot en horisontellt inriktad lamellliknande morfologi och förbättrad (002) textur, som visade en relativ texturkoefficient på 96,9 (maximalt värde på 100). Denna optimering av morfologi och textur kan tillskrivas den horisontella inriktningen av Zn 2+ joner av begränsningarna för MOF nanosheets.
Dessutom bidrog närvaron av MOF-ligander till elimineringen av oönskad Zn4 SO4 (OH)6 ·4H2 O biprodukter. Dessa biprodukter omvandlades spontant till användbara MOF-nanoark genom unika egenskaper hos ligander. Följaktligen, Zn||Zn symmetriska celler och Zn||(NH4 )2 V10 O25 ·8H2 O fulla celler som använder MOF nanosheets i elektrolyter uppvisade enastående cykelprestanda vid både låga och höga hastigheter.
"Mångsidigheten hos "jonbärarstrategin" lovar potentiell expansion för att uppnå mycket reversibel cykling i andra uppladdningsbara metallceller, på grund av dess breda tillämpbarhet på olika ligander, substrat och elektrolyter", säger Prof. Yang.
Mer information: Hanmiao Yang et al, MOF Nanosheets as Ion Carriers for Self-Optimized zinc Anode, Energy &Environmental Science (2023). DOI:10.1039/D3EE01747H
Journalinformation: Energi- och miljövetenskap
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
