Diseño de electrolitos cosolventes para baterías acuosas de alto voltaje de zinc y azufre

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las baterías acuosas de zinc y azufre (AZSB) presentan soluciones de almacenamiento de energía rentables y seguras.
• La polarización celular severa sigue siendo un desafío significativo que dificulta el rendimiento de AZSB.

Objetivo del estudio:

• Para mejorar la reacción de conversión de cátodo de azufre en AZSB utilizando un cosolvente.
• Investigar el impacto de la N,N-dietilformamida (DEF) en las propiedades de los electrolitos y el rendimiento electroquímico.

Principales métodos:

• Introducción de N,N-dietilformamida (DEF) como cosolvente en el electrolito ZnSO4.
• Caracterización electroquímica para evaluar la cinética de transferencia de carga y la polarización celular.
• Análisis computacional (brecha HOMO-LUMO) y aprendizaje automático para los principios de diseño.

Principales resultados:

• El electrolito del cosolvente ([Zn(H2O) 5DEF]2+) exhibe una brecha HOMO-LUMO reducida (0,74 eV) que facilita una cinética más rápida.
• DEF debilita el enlace S-S a través de la inyección de electrones, mejorando la conductividad del azufre.
• Alcanzó un nivel de descarga elevado (0,8 V) y una polarización reducida (0,32 V) en las AZSB.

Conclusiones:

• El cosolvente DEF mitiga efectivamente la polarización y aumenta el rendimiento en los AZSB.
• Se identifican los principios de diseño de los electrolitos cosolventes, incluido el número de donantes y la energía HOMO.
• Este enfoque ofrece una vía para el desarrollo de baterías acuosas de alto rendimiento de zinc y azufre.