Baterias recarregáveis aquosas baseadas em ânodos de zinco estão entre os sistemas mais promissores para substituir baterias convencionais de íons de lítio, graças à sua segurança intrínseca, não toxicidade, custo-benefício e excelente potência de saída.
Uma equipe de pesquisa da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang (POSTECH) desenvolveu uma bateria aquosa estável de íons de zinco que usa água como eletrólito. Eles empregaram uma camada de polímero protetora para evitar a corrosão do eletrodo e aumentar a estabilidade do ânodo de zinco, melhorando a estabilidade eletroquímica da bateria aquosa de íons de zinco.
Baterias de íons de lítio leves e de alta capacidade são amplamente usadas em celulares, laptops e outras necessidades no mundo de hoje. No entanto, eletrólitos usados em baterias de íons de lítio convencionais são inerentemente inflamáveis, levando a incêndios ou explosões fatais. Tal acidente pode causar danos diretos aos usuários.
Para abordar essa questão, baterias eletrolíticas aquosas não inflamáveis estão sendo desenvolvidas como substitutos promissores. No entanto, a reversibilidade inferior do ânodo de zinco em eletrólitos aquosos, resultante de dendritos de zinco e reações laterais de superfície, limita a realização prática de baterias 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 para aumentar a reversibilidade das baterias de íons de zinco. A nova camada de polímero é elástica e extensível, suportando a expansão de volume durante o carregamento e descarregamento da bateria.
A camada protetora de polímero induz a distribuição de íons homogeneizada e suprime o crescimento dendrítico, contribuindo para uma vida útil de ânodo de zinco de longo prazo. A camada de filme fino também melhora a estabilidade do eletrodo suprimindo reações químicas/eletroquímicas desnecessárias no eletrólito na superfície do eletrodo.
Em experimentos de laboratório, o ânodo de zinco revestido mostra excelente estabilidade com uma vida útil de célula simétrica de longo prazo e mantém retenção de capacidade de 80% após 2.500 ciclos, pareado com um cátodo de óxido de manganês. Além disso, os pesquisadores revelaram o movimento de íons de zinco na camada de revestimento usando análise de espectrometria de massa de íons secundários de tempo de voo (TOF-SIMS).
Este estudo fornece um processo de fabricação fácil e métodos de análise acessíveis para racionalizar o desenvolvimento de baterias de íons de zinco de alto desempenho.
Referência do periódico:
- Sangyeop Lee, Gyujin Song, Sungho Kim, Dong-Yeob Han, Jae Hyun Park, Sungjin Cho, Hye Bin Son, Gahyun Kim, Seok Ju Kang e Soojin Park. Interfase de copolímero em bloco elástico, seletivo de íons e quimicamente protetor para ânodo de metal de zinco durável. Cell Reports Physical Science, 2022; DOI: 10.1016/j.xcrp.2022.101070
