Organiske metalramme nanoplader, der anvendes som ionbærere til selvoptimerede zinkanoder

Vandige genopladelige zinkion-batterier er lovende komponenter til opbevaring af elnet på grund af deres lave omkostninger og indre sikkerhed. Imidlertid er deres praktiske implementering hindret af dårlig reversibilitet af zinkanoden, primært forårsaget af den kaotiske Zn-aflejring, der er til stede som dendrit og sidereaktioner.

For nylig har en forskergruppe ledet af prof. Yang Weishen og Dr. Zhu Kaiyue fra Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) ved det kinesiske videnskabsakademi (CAS) foreslået en strategi, der bruger "ionbærere" ved at importere makromolekylær Zn ²⁺ bærere med et stort masse-til-ladningsforhold for at afkoble ionfluxen fra det inhomogene elektriske felt og substrat. Denne metode giver en effektiv vej til at overvinde problemerne med dendrit og bivirkninger.

Denne undersøgelse blev offentliggjort i Energy &Environmental Science den 18. august.

Forskerne fandt ud af, at nanoplader med organisk metal (MOF) med migrationsevne under elektrisk felt på grund af deres endimensionelle kanalstruktur og præference Zn ²⁺ adsorption, såvel som unik reduktiv kemi på grund af den svage koordination mellem ligander og zinkioner, gør dem i stand til at fungere som dynamisk Zn ²⁺ ionbærere.

De dynamiske MOF nanoplader kunne løbende optimere zinkanoden under cykling. Specifikt blev zinkelektroden gradvist rekonstrueret mod en horisontalt justeret lamellerlignende morfologi og forbedret (002) tekstur, der viser en relativ teksturkoefficient på 96,9 (maksimal værdi på 100). Denne optimering af morfologi og tekstur kunne tilskrives den horisontale justering af Zn ²⁺ ioner ved begrænsningerne af MOF nanosheets.

Derudover bidrog tilstedeværelsen af ​​MOF-ligander til eliminering af uønsket Zn₄ SO₄ (OH)₆ ·4H₂ O biprodukter. Disse biprodukter blev spontant omdannet til nyttige MOF nanoark gennem unikke egenskaber af ligander. Følgelig er Zn||Zn symmetriske celler og Zn||(NH₄ )₂ V₁₀ O₂₅ ·8H₂ O fuldceller, der anvender MOF nanosheets i elektrolytter, udviste enestående cykelydelse ved både lave og høje hastigheder.

"Alsidigheden af ​​'ionbærer'-strategien lover en potentiel udvidelse til at opnå yderst reversibel cykling i andre genopladelige metalceller på grund af dens brede anvendelighed på forskellige ligander, substrater og elektrolytter," sagde prof. Yang.

Flere oplysninger: Hanmiao Yang et al., MOF Nanosheets som ionbærere til selvoptimeret zinkanode, Energy &Environmental Science (2023). DOI:10.1039/D3EE01747H

Journaloplysninger: Energi- og miljøvidenskab

Leveret af Chinese Academy of Sciences