Aditivos zwitteriónicos de hidrofilia y zincophilia para baterías de zinc de alto rendimiento

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las baterías de metal de zinc (ZMB) ofrecen rentabilidad y beneficios ambientales, pero sufren una baja utilización de zinc y reacciones parasitarias debido a la inestabilidad del ánodo y la alta energía de desolución.
• Estas limitaciones impiden la aplicación práctica de los ZMB, lo que requiere estrategias avanzadas de electrolitos.

Objetivo del estudio:

• Investigar los compuestos zwitteriónicos, específicamente el BES (ácido N,N-bis-2-hidroxietil) -2-aminoetanosulfónico) y el MES (ácido 2-N-morfolino-etanosulfónico), como aditivos de electrolitos para los ZMB.
• Identificar el BES como un aditivo óptimo que mejora el rendimiento del ánodo de zinc al abordar la inestabilidad termodinámica y las barreras de desolución.

Principales métodos:

• Selección de dos compuestos zwitteriónicos (BES y MES) para su eficacia como aditivos de electrolitos en ZMB.
• Caracterización electroquímica de electrolitos modificados por BES utilizando células simétricas y células completas de Zn
• Análisis del efecto zwitteriónico en la disociación de Zn2+, la polarización de la concentración y la cinética de la deposición de zinc.

Principales resultados:

• BES promueve significativamente la disociación de Zn2+ y mejora la cinética de Zn2+, formando una doble capa eléctrica dinámica (EDL) que asegura una deposición uniforme de zinc.
• Las celdas simétricas de Zn-HydroZn con BES mostraron un revestimiento/desprendimiento libre de dendritas durante más de 3300 horas en condiciones específicas y funcionaron de manera estable durante más de 450 horas a alta densidad y capacidad de corriente.
• Las células completas demostraron una notable estabilidad en los ciclos: las células ZnV alcanzaron más de 2700 ciclos con una retención de capacidad del 88%, y las células ZnV superaron los 30.000 ciclos con una disminución de capacidad insignificante.

Conclusiones:

• El compuesto zwitteriónico BES es un aditivo electrolítico eficaz para mejorar el rendimiento y la estabilidad de las baterías metálicas de zinc.
• El BES mitiga los desafíos clave en los ZMB, incluida la formación de dendritas y la baja eficiencia de Coulombic, allanando el camino para sistemas de almacenamiento de energía prácticos y de alto rendimiento basados en zinc.