Baterías acuosas de alta energía Sn-Ni y Sn-Air a través de la electroquímica de iones de estanito

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• El estaño (Sn) es un material de ánodo prometedor para baterías acuosas (AB) debido a su alta capacidad teórica, capacidad de reacción de electrones múltiples y respetuoso con el medio ambiente.
• Sin embargo, desafíos como las altas barreras termodinámicas y la mala cinética electroquímica han obstaculizado el recubrimiento y desprendimiento de Sn alcalino.
• Las AB basadas en Sn existentes aún no han logrado un funcionamiento fácil y de alto rendimiento.

Objetivo del estudio:

• Demostrar una electroquímica altamente reversible de iones de estanito para ánodos de Sn alcalinos.
• Construir un nuevo paradigma de baterías acuosas basadas en Sn de alta energía.
• Para superar las limitaciones de los ánodos Sn actuales en AB.

Principales métodos:

• Caracterización espectroscópica (por ejemplo, XPS, Raman) para analizar la química de la superficie y los productos de reacción.
• Evaluación electroquímica, incluida la voltametría cíclica, el ciclo galvanostático y las pruebas de capacidad de velocidad.
• Cálculo teórico (por ejemplo, DFT) para investigar los mecanismos de reacción y las barreras energéticas.

Principales resultados:

• Se logró una electroquímica reversible de iones de estanito con bajas barreras de energía de reacción y una participación factible de H2O.
• Se desarrolló un ánodo alcalino de Sn con un bajo potencial (-1,07 V frente a Hg/HgO), una alta capacidad específica (450 mA hg-1) y una eficiencia de Coulomb cercana al 100%.
• Se ha demostrado una excelente capacidad de velocidad (45,5 A g-1) y durabilidad en ciclos sin formación de dendrita o de Sn muerto.
• ABs de alta energía basadas en Sn: 1,45 V Sn-Ni (314 W h kg-1) y 1,0 V Sn-aire (420 W h kg-1).

Conclusiones:

• Se ha demostrado la viabilidad de los ánodos metálicos alcalinos Sn para baterías acuosas de alto rendimiento.
• La química de iones de estanito desarrollada ofrece ventajas termodinámicas y cinéticas.
• Las nuevas baterías acuosas basadas en Sn de alta energía proporcionan una alternativa de almacenamiento de energía segura, confiable y asequible.