Desbloqueo de la química de disolución dinámica y el mecanismo de evolución del hidrógeno en baterías acuosas de zinc

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Química Física

Sus antecedentes:

• El mecanismo de reacción de evolución de hidrógeno interfacial (HER) en las baterías de zinc acuoso no se entiende completamente, particularmente el papel de la química de solvación y la dinámica de enlaces de hidrógeno bajo campos eléctricos.
• El control de HER es crucial para optimizar el rendimiento electroquímico y prevenir la corrosión en los sistemas de almacenamiento de energía basados en zinc.

Objetivo del estudio:

• Para dilucidar la evolución dinámica de la estructura de solvación interfacial y el comportamiento de los enlaces de hidrógeno durante la galvanoplastia o el desprendimiento de zinc bajo un campo eléctrico.
• Establecer un vínculo entre los cambios de estado interfacial, la dinámica de los enlaces de hidrógeno y la reacción de evolución del hidrógeno resultante en electrolitos acuosos.

Principales métodos:

• Se utilizó la espectroscopia in situ para observar los procesos interfaciales en tiempo real.
• Se utilizaron simulaciones de dinámica molecular para analizar los cambios dependientes del tiempo en la estructura de solvación y en los enlaces de hidrógeno.

Principales resultados:

• Se identificaron dos cambios interfaciales críticos: la formación inicial de doble capa eléctrica y la posterior evolución del enlace de hidrógeno.
• Bajo el sesgo eléctrico durante la desolución de Zn2+, una interfaz diluida y rica en H2O con enlaces de hidrógeno debilitados promueve una producción significativa de hidrógeno.
• Por el contrario, durante la solución de Zn2+, una interfaz concentrada con enlaces de hidrógeno fortalecidos conduce a una reducción de la producción de hidrógeno.

Conclusiones:

• El estudio aclara la interacción entre la evolución del enlace de hidrógeno, HER y la electroquímica del zinc, ofreciendo información sobre las ventanas electroquímicas ampliadas y la supresión de HER.
• Se propone una nueva estrategia para la regulación del electrolito acuoso, utilizando el cambio abrupto en el estado de interfaz bajo campos eléctricos como criterio para mejorar el rendimiento de la batería de zinc.