¿Podemos sobrevivir tres minutos sin aire o tres días sin agua? ¿Qué tal sin pilas? Imagina no tener batería durante tres horas. Las baterías de iones de litio livianas y de alta capacidad se usan ampliamente en teléfonos móviles, computadoras portátiles y otras necesidades en el mundo actual.
Por: The Brighter Side News / Traducción de Morfema Press
Sin embargo, los electrolitos orgánicos de las baterías de iones de litio convencionales son muy inflamables y provocan incendios o explosiones mortales. Dado que las baterías de iones de litio se usan ampliamente en nuestras vidas, tales accidentes pueden causar daños directos a los usuarios, lo que ha llevado a la demanda de un sistema de batería más seguro.
El profesor Soojin Park y Gyujin Song (becario postdoctoral) en el Departamento de Química y el candidato a doctorado Sangyeop Lee de la División de Ciencia de Materiales Avanzados en POSTECH desarrollaron juntos una batería de iones de zinc acuosa estable que utiliza agua como electrolito.
Emplearon una capa protectora de polímero para evitar la corrosión de los electrodos y aumentar la estabilidad del ánodo de zinc, mejorando la estabilidad electroquímica de la batería acuosa de iones de zinc.
El electrolito a base de solvente orgánico, que sirve como medio para que los iones se muevan dentro del sistema de batería típico, es inherentemente inflamable y presenta riesgo de explosión o incendio. Para abordar este problema, se están desarrollando baterías de electrolitos acuosos como reemplazos prometedores.
Sin embargo, la reversibilidad inferior del ánodo de zinc en los electrolitos acuosos, que son causados por las dendritas de zinc y las reacciones laterales de la superficie, ha impedido que se utilicen baterías de iones de zinc.
El equipo de investigación de POSTECH desarrolló un ánodo de zinc recubierto con una capa protectora multifuncional mediante el uso de un copolímero de bloque. Esta nueva capa de polímero es elástica y estirable, soportando la expansión del volumen durante la carga y descarga de la batería.
Se encuentra que la capa protectora de polímero induce la distribución de iones homogeneizados y suprime el crecimiento dendrítico, lo que contribuye a una vida útil a largo plazo del ánodo de zinc. La capa de película delgada también mejora la estabilidad del electrodo al suprimir reacciones químicas/electroquímicas innecesarias en el electrolito en la superficie del electrodo.
Además, los investigadores revelaron el movimiento de los iones de zinc en la capa de recubrimiento mediante el análisis de espectrometría de masas de iones secundarios de tiempo de vuelo (TOF-SIMS). La obtención de imágenes de los movimientos de iones de zinc, que no tuvo éxito en estudios anteriores, promete una mayor investigación sobre las propiedades de la superficie de los ánodos de las baterías.
Publicado recientemente en Cell Reports Physical Science, este estudio fue apoyado por el Programa de Desarrollo de Tecnología de Nano·Materiales a través de la Fundación Nacional de Investigación de Corea.
Definiciones:
- Dendrita de zinc: depósitos de Zn en forma de aguja que se forman en el ánodo durante el ciclo en detrimento del rendimiento y la estabilidad de la batería.
- Copolímero en bloque: macromoléculas compuestas por dos o más cadenas poliméricas diferentes unidas por enlaces covalentes
