Diseño de la estructura de solvatación para las baterías de metal de Zn acuoso

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Almacenamiento de energía

Sus antecedentes:

• Las baterías acuosas de zinc ofrecen una solución de bajo costo y alta densidad energética para el almacenamiento de energía a gran escala.
• Las principales limitaciones incluyen la descomposición del agua y la formación de dendritas de zinc, lo que dificulta la vida útil de la batería.

Objetivo del estudio:

• Para suprimir la reducción de agua y el crecimiento de dendritas de zinc en electrolitos acuosos.
• Para mejorar la estabilidad y el rendimiento de las baterías de zinc acuoso.

Principales métodos:

• Adición de dimetilsulfóxido (DMSO) al electrolito ZnCl2-H2O.
• Investigando la solución preferencial de Zn2+ por DMSO sobre H2O.
• Análisis de la composición de la interfase de electrolito sólido (SEI) formada durante el ciclo.

Principales resultados:

• El DMSO disuelve preferentemente el Zn2+, inhibiendo la descomposición del agua a través de fuertes interacciones H2O-DMSO.
• La descomposición del DMSO solvado forma una capa protectora SEI (Zn12(SO4) 3Cl3 ((OH) 15·5H2O, ZnSO3, ZnS).
• Los ánodos de Zn lograron una eficiencia de Coulomb del 99,5% durante 400 ciclos; las celdas llenas de ZnRadioMnO2 entregaron 212 Wh/kg con una retención de capacidad del 95,3% durante 500 ciclos.

Conclusiones:

• La adición de DMSO suprime efectivamente las reacciones secundarias perjudiciales en las baterías de zinc acuoso.
• El electrolito desarrollado mejora significativamente la vida útil del ciclo y la densidad de energía para aplicaciones prácticas.