Nouvelle stratégie proposée pour les batteries zinc-ion tous climats
"Ce travail montre l'efficacité de ces piles, tant en termes de capacité que d'aptitude à fonctionner dans une large gamme de températures"
Selon une étude publiée dans Advanced Energy Materials, une équipe de recherche dirigée par le professeur HU Linhua de l'Institut des sciences physiques de Hefei de l'Académie chinoise des sciences a construit une formule d'électrolyte hydrogel en utilisant des anions ClO4- et des chaînes de polyacrylamide pour ancrer les molécules d'eau, tandis que les molécules de glucose régulent préférentiellement la solvatation du Zn2+.
a. Illustration schématique de la conception et de la construction de la structure de l'électrolyte ; b. Illustration schématique du comportement du placage de Zn dans Glu/ZC/PAM (à gauche) et ZC pur (à droite).
LI Zhaoqian
Des grappes d'eau efficacement interrompues et une covalence de l'eau améliorée ont été réalisées, ce qui a permis d'élargir la fenêtre de stabilité de la tension et d'assurer un fonctionnement stable sur une large gamme de températures.
"Cela signifie que les piles au zinc aqueuses peuvent fonctionner de manière stable en tenant compte des facteurs saisonniers et d'altitude. Il est important de noter que le mécanisme de résistance à la température dans l'environnement aquatique, la solvatation du Zn2+ et l'interface Zn/électrolyte sont systématiquement analysés", a déclaré LI ZHAO Qian, membre de l'équipe.
Des transitions de phase irréversibles de l'électrolyte et une réaction parasite accélérée menacent fortement l'adaptabilité climatique des batteries Zn-ion aqueuses. L'activité de l'eau affecte le point de congélation de l'électrolyte, la fenêtre de stabilité de la tension et le comportement du dépôt interfacial de Zn. Grâce à sa propriété anti-fuite, à la stabilité de la structure du polymère et aux nombreux sites d'ancrage pour l'eau libre, la conception rationnelle de l'électrolyte hydrogel améliore efficacement l'adaptabilité climatique de la batterie.
Dans cette étude, les chercheurs construisent un électrolyte d'hydrogel "renforcé par covalence" avec une adhérence interfaciale supérieure et une forte capacité de rétention de l'humidité. Grâce à l'analyse spectrale et aux calculs théoriques, ils ont révélé un affaiblissement de l'activité de l'eau en vrac et une régulation de la solvatation du Zn2+, ce qui a retardé le point de congélation de l'électrolyte, facilité sa capacité de rétention de l'humidité et inhibé les réactions secondaires induites par l'eau.
La simulation COMSOL et l'évolution morphologique montrent l'amélioration des propriétés mécaniques de l'électrolyte et la stabilité thermodynamique de l'interface Zn. Ces avantages permettent de résister à la formation de dendrites et de résoudre les problèmes de contact entre l'électrode et l'électrolyte, ce qui confère aux batteries une large plage de fonctionnement de -40~130°C.
"Lorsque l'électrolyte est utilisé dans des piles à poche, il présente une capacité impressionnante de 254 mAh/g à -30°C et de 438,1 mAh/g à température ambiante. Il s'agit d'un résultat important, car la plupart des batteries précédentes ne dépassaient pas 200 mAh/g à -30°C ou 400 mAh/g à température ambiante. Ce travail montre l'efficacité de ces piles, tant en termes de capacité que d'aptitude à fonctionner dans une large gamme de températures", a déclaré le Dr LI.
Ils ont également assemblé les piles Zn//Zn et Zn//Cu pour évaluer la stabilité de leur durée de vie et la réversibilité du placage et du décapage du Zn. À faible densité de courant, la durée de vie de l'anode de Zn dépasse 2 000 heures, ce qui est supérieur à celle de l'électrolyte liquide. Même à haute densité de courant, la batterie avec Glu/ZC/PAM peut fonctionner régulièrement pendant plus de 500 heures. Les batteries Zn//Cu peuvent fonctionner régulièrement pendant plus de 800 heures avec une efficacité de Coulomb moyenne élevée de 99,2 %, ce qui est très compétitif par rapport aux électrolytes hydrogel précédents.
Cette étude module la structure de coordination et adapte l'activité thermodynamique entre l'interface électrolyte/Zn en employant un électrolyte hydrogel multifonctionnel, qui dégénère les réactions parasites préjudiciables et étend la plage de température de fonctionnement. Il s'agit d'une stratégie sûre et très efficace pour réaliser des dispositifs zinc-ion aqueux adaptés à tous les climats.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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