Однако при нагревании ионов цинка на аноде и их отделении от него могут происходить деструктивные процессы, такие как образование игольчатых «дендритов» и коррозия цинка водой, сопровождающаяся выделением взрывоопасного водорода.
Исследовательская группа из Мюнхенского технического университета (TUM) разработала специальный материал, предотвращающий оба этих негативных эффекта.
Этот материал представляет собой разновидность «ковалентного органического каркаса» (COF) — полимера, который уже используется в исследованиях анодов цинк-ионных аккумуляторов.
Новый COF, названный «TpBD-2F», создан аспирантом Да Лэем и выделяется своими уникальными характеристиками. Во-первых, он самостоятельно собирается из химических прекурсоров непосредственно на поверхности металлического цинка, образуя плотное покрытие. Этот процесс обеспечивает равномерное нанесение покрытия, толщину которого можно точно регулировать. Для эксперимента выбрали слой толщиной 100 мкм, обеспечивающий высокую пористость для ионов Zn2+, но при этом достаточно толстый, чтобы предотвратить проникновение воды.
Пористая структура TpBD-2F напоминает пчелиные соты, с шестигранными каналами, проходящими от металлической основы наружу. Такая однородная структура способствует равномерному осаждению ионов цинка на поверхность цинка, подавляя рост дендритов.
Атомы фтора, введённые в полимерную решетку, выполняют две функции: они отталкивают воду и создают удобные маршруты для перемещения ионов цинка внутри пор. Это особенно эффективно, так как цинк обычно перемещается в водной среде в форме гидратированных ионов (Zn(H2O)6)2+), которые затем высушиваются и переносятся через фторированные поры.
«Цинк-ионные батареи с таким защитным покрытием могут стать альтернативой литий-ионным батареям в больших энергетических системах, таких как солнечные или ветровые станции», — отметил Да Лэй.
Эффективность анода была подтверждена в тестировании цинк-ионного конденсатора с кнопочным элементом, который показал стабильную работу после 100 000 циклов зарядки-разрядки при плотности тока 5 А/г.
«Результаты исследования действительно впечатляют, — подчеркнул руководитель проекта профессор Роланд Фишер. — Метод, предложенный Да Лэем, не только эффективен, но и контролируется. Как фундаментальные ученые, нас интересует открытие новых принципов, и здесь мы достигли успеха. Мы уверены, что наши разработки найдут применение в промышленных масштабах, и теперь дело за инженерами, которые должны разработать подходящие производственные процессы».Источник: https://www.electronicsweekly.com/news/research-news/preventing-self-destruction-in-zinc-ion-batteries-2025-01/
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
