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Jul 05, 2023

Anodo di zinco stabilizzato per migliorare le prestazioni dello zinco

Il professor Soojin Park e Gyujin Song del Dipartimento di Chimica e il dottorando Sangyeop Lee della Divisione di Scienza dei Materiali Avanzati presso POSTECH hanno creato uno ione zinco acquoso stabile

Il professor Soojin Park e Gyujin Song del Dipartimento di Chimica e il dottorando Sangyeop Lee della Divisione di Scienza dei Materiali Avanzati presso POSTECH hanno creato una batteria acquosa stabile agli ioni di zinco che utilizza l'acqua come elettrolita. Il team ha utilizzato uno strato protettivo di polimero per prevenire la corrosione degli elettrodi e aumentare la stabilità dell'anodo di zinco. Ciò ha successivamente migliorato la stabilità elettrochimica della batteria acquosa agli ioni di zinco.

Lo studio, intitolato "Interfase di copolimero a blocchi elastico ion-selettivo e con protezione chimica per un anodo metallico di zinco durevole", è stato pubblicato su Cell Reports Physical Science.

Le batterie agli ioni di litio rappresentano la tecnologia preferita dai produttori, essendo utilizzate nei telefoni cellulari e nei computer portatili, e hanno un significato crescente per l’uso nelle tecnologie di energia pulita, come i veicoli elettrici e le energie rinnovabili. Queste batterie sono leggere e hanno un'elevata capacità, il che le rende vantaggiose per una varietà di applicazioni.

Tuttavia, ci sono problemi di sicurezza con le tradizionali batterie agli ioni di litio, poiché gli elettroliti organici utilizzati al loro interno sono altamente infiammabili e possono provocare incendi o esplosioni mortali. Poiché le batterie agli ioni di litio sono di grande importanza, essendo ampiamente utilizzate nella nostra vita quotidiana, questi incidenti possono causare danni diretti agli utenti. Ciò ha portato alla richiesta di una tecnologia delle batterie più sicura.

Per superare i problemi legati agli elettroliti infiammabili a base di solventi organici, si stanno sviluppando batterie con elettroliti acquosi come potenziali sostituti. Queste batterie sono intrinsecamente sicure, hanno un’elevata conduttività ionica e offrono vantaggi economici.

Sebbene le batterie agli ioni di zinco possano superare i problemi di sicurezza delle batterie agli ioni di litio, l’anodo di zinco ha una reversibilità inferiore negli elettroliti acquosi. Questi sono causati dai dendriti di zinco e dalle reazioni superficiali, che impediscono l’utilizzo delle batterie agli ioni di zinco.

Per migliorare le prestazioni della batteria agli ioni di zinco, il team di ricerca POSTECH ha sviluppato un anodo di zinco rivestito con uno strato protettivo multifunzionale utilizzando un copolimero a blocchi. Durante la carica e la scarica della batteria, il nuovo strato polimerico può sopportare l'espansione del volume grazie alla sua elasticità.

Anche la durata dell'anodo di zinco è aumentata utilizzando lo strato protettivo polimerico, poiché i ricercatori hanno scoperto che induceva una distribuzione omogenea degli ioni e sopprimeva la crescita dendritica. Anche la stabilità dell'elettrodo è stata migliorata, poiché lo strato di pellicola sottile ha inibito qualsiasi reazione chimica ed elettrochimica non necessaria nell'elettrolita sulla superficie dell'elettrodo.

I ricercatori hanno anche scoperto il movimento degli ioni di zinco nello strato di rivestimento utilizzando l'analisi TOF-SIMS (spettrometria di massa degli ioni secondari al tempo di volo). Il successo dell'imaging dei movimenti degli ioni di zinco promette ulteriori ricerche sulle proprietà superficiali degli anodi delle batterie.

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