Baterías de zinc-aire de estado casi sólido con un amplio rango de temperatura de funcionamiento (de -50 a 60 °C)

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las baterías de Zn-aire de estado casi sólido enfrentan desafíos con una capacidad de velocidad limitada debido a la electrocatálisis lenta del oxígeno y las interfaces inestables.
• Las tecnologías existentes luchan con la degradación del rendimiento a temperaturas extremas.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una batería de aire-Zn de estado cuasi sólido de alto rendimiento con capacidad de velocidad mejorada y funcionamiento a amplia temperatura.
• Investigar nuevos materiales de cátodo y electrolito para mejorar el rendimiento y la estabilidad electroquímicos.

Principales métodos:

• Fabricación de un cátodo utilizando aleaciones de alta entropía de MnFeCoNiRu ancladas en nanofibras de carbono (MnFeCoNiRu/CNF).
• Desarrollo de un electrolito de organohidrogel de poli (ácido acrilamida-coacrílico) con aditivo de sulfóxido de dimetilo.
• Caracterización electroquímica, incluidos los ensayos de actividad bifuncional y de estabilidad en ciclos.
• Espectroscopia de Raman in situ y teoría funcional de la densidad (DFT) para el análisis del sitio activo.

Principales resultados:

• El cátodo MnFeCoNiRu/CNF demostró una excelente actividad bifuncional (ΔE = 0,64 V) y estabilidad (> 10.000 ciclos) para las reacciones de oxígeno, superando a los catalizadores comerciales.
• El electrolito de organohidrogel exhibió un excelente rendimiento a baja temperatura (hasta -50 °C) y robustez mecánica.
• La batería de aire-Zn de estado cuasi sólido ensamblada logró una alta capacidad de 7.15 Ah y una densidad de energía de 110 Wh kg ^-1.
• Se observó un funcionamiento efectivo en un amplio rango de temperatura (-50 a 60 °C) y altas tasas de carga-descarga (5-2000 mA).

Conclusiones:

• La batería de aire de estado cuasi sólido desarrollada, que utiliza un cátodo de aleación de alto entropía de sitio multiactivo y un electrolito de organohidrogel robusto, supera significativamente las limitaciones anteriores.
• Este sistema ofrece una vía prometedora para soluciones de almacenamiento de energía de alto rendimiento y amplio rango de temperatura.