Neuartige Strategie stabilisiert Zink-Ionen-Batterien

Schädliche Zinkdendriten stoppen

10.01.2024

Laut einer kürzlich in der Zeitschrift Advanced Functional Materials veröffentlichten Forschungsarbeit hat ein Team unter der Leitung von Prof. HU Linhua vom Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS), Chinese Academy of Science (CAS), herausgefunden, dass die Zugabe von Dinatriummaleat (DMA) in den Elektrolyten einer wässrigen Zink-Ionen-Batterie zu einem bevorzugten Wachstum der Zn(002)-Textur führt, was das Wachstum von Zn-Dendriten wirksam hemmen und die Reversibilität und Zyklierbarkeit von Batterien verbessern kann.

"Das bedeutet, dass das DMA das Wachstum schädlicher Zinkdendriten verhindern und die Fähigkeit der Batterien verbessern kann, wieder aufgeladen und mehrfach verwendet zu werden", sagte Dr. LI ZHAO Qian, Mitglied des Teams.

Wässrige Zink-Ionen-Batterien (AZIBs) haben heutzutage aufgrund ihrer Sicherheit, Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz große Aufmerksamkeit erregt. Das starke Wachstum von Zn-Dendriten und schwere Nebenreaktionen haben sich zum größten Hindernis für die breite Vermarktung von AZIBs entwickelt. Die Zn(002)-Kristallebene besitzt eine glatte Anordnung der Oberflächenatome, eine gleichmäßige Grenzflächenladungsdichte und eine niedrige Oberflächenenergie, was die gleichmäßige Zn²⁺-Abscheidung und einen besseren Korrosionsschutz begünstigt. Daher verspricht die Abstimmung der Zustände des plattierten Zn-Kristalls, grundsätzlich hochstabile und reversible Metallanoden zu erhalten.

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In dieser Studie haben die Forscher eine Elektrokristallisationsstrategie entwickelt, um das Wachstum der Zn(002)-Textur zu induzieren. Die Adsorption von DMA induziert das Zn(002)-Texturwachstum und hemmt schädliche Nebenreaktionen.

"Als wir die Batterie testeten, konnte sie mehr als 3200 Stunden lang arbeiten, selbst wenn sie mit hoher Leistung betrieben wurde", erklärte Dr. LI Zhaoqian.

Sie testeten sie unter harten Bedingungen von 30 mA cm^-2 und 30 mAh cm^-2. Die Zn-Anode weist eine ultralange Lebensdauer von 120 Stunden auf.

Sie testeten die Batterie auch mit verschiedenen Materialien und stellten fest, dass sie auch nach vielen Zyklen noch gut mit ihnen funktioniert. Sie bauten Zn//Cu-Batterien mit einem durchschnittlichen Coulomb-Wirkungsgrad von 99,81 % nach 3000 Zyklen zusammen. Die Zn//NH₄V₄O_{10-Vollbatterie} hingegen bietet eine langfristige Stabilität mit einer Kapazitätserhaltung von 92,3% nach 10000 Zyklen.

Diese Forschung hat das Migrationsverhalten von Zn²⁺ auf verschiedenen Kristallebenen durch eine adsorbierte DMA-Molekülschicht maßgeschneidert, um das Zn(002)-Kristallwachstum zu induzieren, was eine vielversprechende Strategie zur Erreichung der dominanten Textur der Zinkanode auf Molekülebene darstellt und voraussichtlich auch auf andere Metallanoden angewendet werden kann.

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Originalveröffentlichung

Tingting Wei, Hong Zhang, Yingke Ren, Li'e Mo, Yi He, Peng Tan, Yang Huang, Zhaoqian Li, Daming Zhu, Linhua Hu; "Building Near‐Unity Stacked (002) Texture for High‐Stable Zinc Anode"; Advanced Functional Materials, 2023-12-21

https://www.chemie.de/news/1182425/neuartige-strategie-stabilisiert-zink-ionen-batterien.html