Водные перезаряжаемые батареи на основе цинковых анодов являются одними из наиболее перспективных систем для замены обычных литий-ионных батарей благодаря их внутренней безопасности, нетоксичности, экономической эффективности и выдающейся выходной мощности.

Исследовательская группа из Университета науки и технологий Пхохана (POSTECH) разработала стабильную водную цинк-ионную батарею, в которой в качестве электролита используется вода. Они использовали защитный полимерный слой для предотвращения коррозии электродов и повышения стабильности цинкового анода, улучшая электрохимическую стабильность водной цинк-ионной батареи.

Легкие литий-ионные аккумуляторы большой емкости широко используются в мобильных телефонах, ноутбуках и других предметах первой необходимости в современном мире. Однако электролиты, используемые в обычных литий-ионных батареях, по своей природе легко воспламеняются, что приводит к пожарам или взрывам. Такая авария может нанести прямой ущерб пользователям.

Для решения этой проблемы в качестве многообещающей замены разрабатываются негорючие батареи с водным электролитом. Однако низкая обратимость цинкового анода в водных электролитах из-за цинковых дендритов и поверхностных побочных реакций ограничивает практическую реализацию цинк-ионных батарей.

Исследовательская группа POSTECH разработала цинковый анод, покрытый многофункциональным защитным слоем с использованием блок-сополимера для повышения обратимости цинк-ионных аккумуляторов. Новый полимерный слой является эластичным и растяжимым, выдерживая объемное расширение во время зарядки и разрядки аккумулятора.

Было обнаружено, что полимерный защитный слой индуцирует гомогенизированное распределение ионов и подавляет рост дендритов, способствуя длительному сроку службы цинкового анода. Слой тонкой пленки также улучшает стабильность электрода, подавляя ненужные химические/электрохимические реакции в электролите на поверхности электрода.

В лабораторных экспериментах цинковый анод с покрытием демонстрирует превосходную стабильность при длительном сроке службы симметричной ячейки и поддерживает сохранение емкости на уровне 80% после 2500 циклов в сочетании с катодом из оксида марганца. Кроме того, исследователи выявили движение ионов цинка в слое покрытия с помощью анализа времяпролетной масс-спектрометрии вторичных ионов (TOF-SIMS).

Это исследование обеспечивает простой процесс изготовления и доступные методы анализа для рационализации разработки высокоэффективных цинк-ионных аккумуляторов.