Forskere udvikler en kompositmembran til zinkbaserede strømbatterier med lang levetid

Forskere ledet af Prof. Li Xianfeng fra Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) fra det kinesiske videnskabsakademi har for nylig udviklet en sammensat membran til zinkbaserede strømbatterier med lang levetid. Deres undersøgelse blev offentliggjort i Angewandte Chemie International Edition .

Det zinkbaserede strømbatteri (ZFB) har fanget stor opmærksomhed som et stationært energilagringsprogram på grund af dets lave omkostninger, iboende høj sikkerhed og miljøvenlighed. Imidlertid, dets udvikling er begrænset af dårlig cyklustid og dårlig ladningsudladningsevne, hovedsageligt på grund af zinkdendrit/akkumuleringsproblemer.

Ionledende membraner spiller en vigtig rolle i reguleringen af ​​zinkaflejringens morfologi og hæmmer væksten af ​​dendrit, derved forbedrer cyklens stabilitet af batteriet.

I den tidlige fase af deres forskning, Li's gruppe justerede zinkaflejringens retning og morfologi ved at modulere de negative ladningsegenskaber for den porøse ionledende membran, dermed forbedret arealkapacitet og cykelstabilitet af zinkbaserede strømbatterier (Nat. Kommun., 2018).

Baseret på deres tidligere arbejde, forskerne udviklede derefter en sammensat membran ved at belægge bornitrid nanosheets (BNNSs), der udviser høj varmeledningsevne og mekanisk styrke på et porøst membransubstrat.

BNNS'ets flagerlag, der vender mod den negative elektrode, fungerer som varmebærer, dermed forbedring af overfladetemperaturfordelingen af ​​elektroden og yderligere justering af zinkmorfologien. I øvrigt, dets høje mekaniske styrke forhindrer metallisk zink i at beskadige membranen.

Den synergistiske virkning af disse to faktorer kan forbedre ZFB'ernes cyklusliv. Alkaliske zink-jern-strømbatterier, der er samlet med denne membran, kan stabilt køre i 500 opladningscyklusser (~ 800 timer) ved en strømtæthed på 80 mA cm ^-2 uden væsentlig dæmpning.

Mest vigtigt, energieffektivitet over 80% kan opnås selv ved 200 mA cm ^-2 . Disse resultater kan tjene som reference for regulering af zinkanoder i zinkbaserede batterier.