Investigadores de la Universidad de Tsinghua están proponiendo la idea de modificación química del azúcar común de mesa para estabilizar el entorno de iones de zinc en baterías acuosas de zinc y mejorar las características de seguridad de los dispositivos.
En un papel publicado en la revista Nano investigaciónlos científicos dicen acuoso baterías de zinc son rentables en comparación con las baterías de iones de litio actuales e incluso más seguras, ya que no requieren electrolitos orgánicos inflamables. Además, los ánodos de Zn tienen una alta capacidad teórica, lo que hace que estas baterías sean aún más prometedoras para aplicaciones como el futuro almacenamiento de energía en la red.
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El problema con las baterías de zinc hasta ahora es que cuando la concentración de iones de zinc (Zn2 ) en la superficie del ánodo cae a cero, las dendritas comienzan a crecer. El crecimiento descontrolado de dendritas de Zn deteriora el rendimiento electroquímico y representa una grave amenaza para el funcionamiento seguro.
“Estas dendritas pueden penetrar en el separador y causar un cortocircuito en la batería”, dijo el coautor del estudio, Meinan Liu, en un comunicado de prensa.
Según Liu, estudios anteriores han demostrado que ajustar el entorno del solvente, llamado «estructura de solvatación», puede aumentar la movilidad de Zn2 en respuesta al campo eléctrico y suprime con éxito el crecimiento de dendritas. El problema fue que estos ajustes previos, como la introducción de otras sales o la inclusión de menos moléculas de agua, también terminaron disminuyendo la conductividad iónica del sistema.
“Había una brecha de comprensión fundamental entre la estructura de solvatación de Zn2 y su movilidad”, dijo el investigador. «Este fue un factor clave que afectó el crecimiento de las dendritas y la estabilidad del ánodo de Zn».
En un intento por cerrar esta brecha, Liu y sus colegas probaron una nueva táctica: introducir azúcar de mesa común con múltiples grupos hidroxilo, es decir, hidrógeno y oxígeno unidos en el electrolito para ajustar la estructura de solvatación de Zn2 .
Mediante la realización de simulaciones y experimentos atomísticos, el equipo de investigación confirmó que las moléculas de sacarosa mejoraron la movilidad y detuvieron el crecimiento de las dendritas sin comprometer la estabilidad.
«Los hallazgos confirman que las moléculas de sacarosa en la vaina de solvatación no solo mejoran la movilidad, asegurando una cinética rápida de Zn2 , sino que también protegen el ánodo de Zn de la corrosión del agua y logran con éxito la deposición libre de dendritas de Zn y la supresión de reacciones secundarias», dijo Liu.
«Esto demuestra el gran potencial del uso de esta simple modificación de sacarosa para futuras baterías de zinc de alto rendimiento y acerca el campo de la investigación un paso más hacia el objetivo final de lograr una batería de Zn segura, ecológica y de alto rendimiento».
