La maniobra de reconstrucción de enlaces de hidrógeno en electrolitos eutecticos permite baterías de iones de zinc de...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Tecnología de baterías

Sus antecedentes:

• Los electrolitos eutecticos (EE) están surgiendo como alternativas prometedoras a los electrolitos tradicionales debido a sus propiedades favorables como bajo costo, estabilidad, biodegradabilidad y no inflamabilidad.
• Las EEs convencionales a menudo involucran sales de amonio cuaternarias que actúan como aceptores de enlaces de hidrógeno, lo que puede limitar la movilidad y el rendimiento de los aniones.
• El desarrollo de nuevas estructuras de EE es crucial para el avance de los sistemas de almacenamiento de energía de alto rendimiento.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar un nuevo electrolito eutectico basado en cloruro de colina mediante la modificación de las interacciones entre el donante y el receptor de enlaces de hidrógeno.
• Investigar la estructura de solvación y el comportamiento interfacial de la nueva EE en ánodos metálicos de zinc.
• Evaluar el rendimiento electroquímico y la estabilidad a largo plazo de los ánodos de zinc y las baterías de iones de zinc que utilizan el electrolito desarrollado.

Principales métodos:

• Preparación de electrolitos eutecticos a base de cloruro de colina.
• Caracterización espectroscópica (por ejemplo, FTIR, Raman) para confirmar el enlace de hidrógeno y la estructura de solvación.
• Pruebas electroquímicas que incluyen la voltametría cíclica, el ciclo galvanostático (chapado/descapado) y el ensamblaje de la batería (celdas de bolsa Znake AC@I2).
• Cálculos teóricos para apoyar las observaciones experimentales.

Principales resultados:

• El nuevo EE exhibe enlaces de hidrógeno reconstruidos, lo que lleva a una estructura de solvación dominada por aniones que no restringe a los aniones cloruro.
• Se forma una película de interfase de electrolito sólido híbrido orgánico-inorgánico (SEI) en la superficie del zinc, que suprime eficazmente el crecimiento de la dendrita.
• El ánodo de Zn demuestra un rendimiento de recubrimiento/descubrimiento altamente reversible con una vida útil ultra larga de 18175 horas (aprox. 2,07 años) a 0,5 mA cm−2 y una alta capacidad acumulativa (42 Ah cm−2 a 20 mA cm−2).
• La célula de bolsa de Znake AC@I2 ensamblada muestra una velocidad estable y un rendimiento de ciclo.

Conclusiones:

• La remodelación de la red de enlaces de hidrógeno en las EEs de cloruro de colina permite la formación de una capa de protección SEI en los ánodos de Zn.
• El EE desarrollado facilita los ánodos de Zn libres de dendritas, logrando una estabilidad de ciclo excepcional a largo plazo y una alta retención de capacidad.
• Este trabajo proporciona una nueva estrategia para el diseño de electrolitos eutecticos avanzados para baterías de iones de zinc de alta seguridad y prácticas.