Forstå hvorfor zinkbaserede brændstofsystemer fejler

Mens forskere har håbet, at genopladelige zink-mangandioxid-batterier kunne udvikles til et levedygtigt alternativ til netlagringsapplikationer, identificerede ingeniører ved University of Illinois Chicago og deres kolleger årsagerne til, at disse zinkbaserede brændstofsystemer fejler.

Forskerne nåede frem til denne konklusion efter at have brugt avanceret elektronmikroskopi, elektrokemiske eksperimenter og teoretiske beregninger for at se nærmere på, hvordan zinkanoden fungerer sammen med mangankatoden i batterisystemet.

Deres resultater rapporteres i dag i Nature Sustainability .

"Zink og mangan hver for sig har meget gunstige egenskaber for bæredygtige batterier af høj kvalitet; når de er parret i et fuldt system, har deres interkalation - deres genopladelighed - imidlertid været diskutabel, med nogle nyere undersøgelser, der tyder på, at zinkindsættelse og deinsertion i mangandioxid er ansvarlig for genopladelighed af cellerne," sagde studielederforfatter Reza Shahbazian-Yassar, UIC-professor i maskin- og industriteknik ved College of Engineering.

"Med denne undersøgelse viste vi, at der faktisk ikke er mikroskopiske beviser for genindsættelse af zink i mangandioxid, og hvad man tidligere anså for at være indikatorer for genopladning var fra positivt ladede hydrogenioner, der blev indsat i manganet, ikke zink."

I deres eksperimenter byggede forskerne vandige zink-mangandioxidceller og testede dem over 100 cyklusser. De afladede og forsøgte at genoplade batterierne i eksperimenter, mens de brugte elektronmikroskopi til at fange billeder på atomniveau af reaktionerne.

"Vi så, at brinten er ansvarlig for skaden på tunnelstrukturerne af mangandioxid, hvilket yderligere reducerer batteriets potentiale for genopladning," sagde Shahbazian-Yassar. "De oplysninger, vi har fået med disse eksperimenter, afslører vigtig atomær indsigt i zink-mangan-batteriets mekanismer. Nu hvor vi ved, hvad der sker på celleniveau, har vi et kompas til at finde bedre strategier."

Shahbazian-Yassar sagde, at forskellige cellestrukturer kunne gøre systemet mere gunstigt for zinkinsertion eller måske strategier til at udnytte brintprotonerne. + Udforsk yderligere

Forskere kigger ind i tunneler på størrelse med atomer i jagten på bedre batteri