Cátodo fotográfico y electrocatalítico de doble capa que facilita la química del peróxido de Zn en baterías de...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las baterías recargables de zinc-aire (ZAB) ofrecen una alta densidad de energía y un bajo costo, pero sufren de una gran histeresis de voltaje debido a las reacciones lentas de oxígeno en los cátodos.
• Se evitan los catalizadores de metal/óxido de metal existentes para evitar la alteración del pH de los electrolitos por reacciones secundarias relacionadas con el agua.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un nuevo cátodo de doble capa para ZABs casi neutrales para superar la conversión lenta de oxígeno y reducir la histeresis de voltaje.
• Mejorar la eficiencia energética y la estabilidad de los ZAB sin comprometer la integridad del electrolito.

Principales métodos:

• Fabricación de un cátodo de doble capa con un fotocatalizador externo (Au@WO3) y una capa interna de nanotubos de carbono (CNT).
• Utilizando la luz para activar el fotocatalizador para la separación de la carga y la transferencia al electrocatalizador.
• Prueba del rendimiento del ZAB modificado bajo ciclos de carga y descarga.

Principales resultados:

• El cátodo de doble capa redujo significativamente la histeresis de voltaje a <150 mV desde >600 mV.
• El ZAB demostró una alta estabilidad a una densidad de corriente de 0,1 mA cm-2.
• La transferencia de carga mejorada por fotocatalizador redujo efectivamente el exceso de potencial para la conversión de O2/ZnO2.

Conclusiones:

• El diseño de cátodo de doble capa propuesto mitiga con éxito la histeresis de voltaje en ZAB casi neutrales.
• Este enfoque mejora la eficiencia energética y la estabilidad mediante el aprovechamiento sinérgico de la fotocatálisis y la electrocatálisis.
• La estrategia evita la alteración del pH de los electrolitos, allanando el camino para ZAB prácticos y de alto rendimiento.