Investigadores desarrollan zinc acuoso

Las baterías recargables acuosas basadas en ánodos de zinc se encuentran entre los sistemas más prometedores para reemplazar las baterías de iones de litio convencionales gracias a su seguridad intrínseca, no toxicidad, rentabilidad y excelente potencia de salida.

Un equipo de investigación de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH) ha desarrollado una batería de iones de zinc acuosa estable que utiliza agua como electrolito. Emplearon una capa protectora de polímero para evitar la corrosión de los electrodos y aumentar la estabilidad del ánodo de zinc, mejorando la estabilidad electroquímica de la batería acuosa de iones de zinc.

Las baterías de iones de litio livianas y de alta capacidad se usan ampliamente en teléfonos móviles, computadoras portátiles y otras necesidades en el mundo actual. Sin embargo, los electrolitos utilizados en las baterías de iones de litio convencionales son inherentemente inflamables y provocan incendios o explosiones mortales. Tal accidente puede causar daños directos a los usuarios.

Para abordar este problema, se están desarrollando baterías de electrolito acuoso no inflamables como reemplazos prometedores. Sin embargo, la reversibilidad inferior del ánodo de zinc en electrolitos acuosos, resultante de las dendritas de zinc y las reacciones laterales superficiales, limita la realización práctica de las baterías de iones de zinc.

El equipo de investigación de POSTECH desarrolló un ánodo de zinc recubierto con una capa protectora multifuncional mediante el uso de un copolímero en bloque para mejorar la reversibilidad de las baterías de iones de zinc. La nueva capa de polímero es elástica y estirable, soportando la expansión del volumen durante la carga y descarga de la batería.

Se encuentra que la capa protectora de polímero induce la distribución de iones homogeneizados y suprime el crecimiento dendrítico, lo que contribuye a una vida útil a largo plazo del ánodo de zinc. La capa de película delgada también mejora la estabilidad del electrodo al suprimir reacciones químicas/electroquímicas innecesarias en el electrolito en la superficie del electrodo.

En experimentos de laboratorio, el ánodo de zinc revestido muestra una excelente estabilidad con una vida útil de celda simétrica a largo plazo y mantiene una capacidad de retención del 80 % después de 2500 ciclos, junto con un cátodo de óxido de manganeso. Además, los investigadores revelaron el movimiento de los iones de zinc en la capa de recubrimiento mediante el análisis de espectrometría de masas de iones secundarios de tiempo de vuelo (TOF-SIMS).

Este estudio proporciona un proceso de fabricación sencillo y métodos de análisis accesibles para racionalizar el desarrollo de baterías de iones de zinc de alto rendimiento.

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