Uma equipe de pesquisa desenvolveu uma bateria avançada de íon de zinco à base de água com um ciclo de vida aprimorado usando um campo magnético fraco e um novo material VS2. Este avanço aborda os desafios do crescimento de dendritos de zinco e as limitações do material do cátodo. Crédito: Mao Yunjie

Uma equipe de pesquisa dos Institutos Hefei de Ciências Físicas (HFIPS) da Academia Chinesa de Ciências (CAS), liderada pelo professor Zhao Bangchuan, desenvolveu uma bateria aquosa de íons de zinco de alto desempenho com ciclo de vida extremamente longo em um campo magnético fraco.

Os resultados foram publicados recentemente na revista Perspectivas materiais.

As baterias aquosas de íons de zinco são uma alternativa segura e de baixo custo às baterias de íons de lítio de maior capacidade teórica. No entanto, o desempenho eletroquímico limitado do material do cátodo e o crescimento do dendrito de zinco no ânodo reduzem a densidade de energia e o ciclo de vida da bateria aquosa de zinco. Para desenvolver melhores baterias aquosas de íons de zinco, é importante projetar cátodos com alta densidade de energia e suprimir o crescimento de dendritos de zinco.

Diagrama esquemático e desempenho eletroquímico do atuador Zn-VS2 AZIB. (a) Ilustração esquemática da configuração Zn-VS2 AZIB. b Desempenho de ciclo ultralongo de Zn-VS2AZIB rico em vacâncias. (c) Gráficos de Ragone de VS2 rico em vacâncias em comparação com outros cátodos. (d) Imagem óptica de um LED alimentado por baterias Zn-VS2. Crédito: Mao Yunjie

Nesta pesquisa, a equipe supera as limitações dos materiais catódicos atuais e a questão do crescimento de dendritos de zinco. Eles usaram um método hidrotérmico de uma etapa com engenharia eletroquímica in situ para criar o VS₂ material. Este material contém defeitos ricos que foram eficazes na redução da interação eletrostática entre íons Zn e VS₂. O transporte tridimensional de zinco foi permitido²⁺ ao longo do plano ab e do eixo c, o que resulta em excelente capacidade de frequência.

Embora a estabilidade do ciclo continuasse sendo um problema devido ao crescimento de dendritos, a equipe descobriu que a introdução de um campo magnético externo limitava o crescimento e aumentava significativamente a vida útil da bateria. Trabalhando sob um campo magnético fraco, Zn-VS tem alto desempenho₂ A bateria demonstrou longa vida útil e forneceu alta densidade de energia e densidade de energia.

Segundo a equipe, o trabalho pode ter grandes implicações para o futuro da tecnologia de armazenamento de energia.

Referência: “Baterias à base de água Zn-VS2 de vida ultralonga acionadas por magneto eletroquímico” por Yunjie Mao, Jin Bai, Jianguo Si, Hongyang Ma, Wanyun Li, Peiyao Wang, Hongli Zhang, Zhigao Sheng, Xiaoguang Zhu, Peng Tong , Xuebin Zhu, Bangchuan Zhao e Yuping Sun, 19 de maio de 2023, disponível aqui. Perspectivas materiais.
DOI: 10.1039/D3MH00303E