Investigadores de la Universidad de Tsinghua proponen la idea de modificar químicamente el azúcar de mesa común para estabilizar el entorno de los iones de zinc en las pilas acuosas de zinc y mejorar las características de seguridad de los dispositivos.
En un artículo publicado en la revista Nano Research, los científicos afirman que las pilas acuosas de zinc son más económicas que las actuales de iones de litio e incluso más seguras, ya que no requieren electrolitos orgánicos inflamables. Además, los ánodos de Zn tienen una gran capacidad teórica, lo que hace que estas baterías sean aún más prometedoras para aplicaciones como el futuro almacenamiento de energía en la red.
El problema de las pilas de zinc hasta ahora es que cuando la concentración de iones de zinc (Zn2+) en la superficie del ánodo desciende a cero, empiezan a crecer las dendritas. El crecimiento incontrolado de dendritas de Zn deteriora el rendimiento electroquímico y supone una grave amenaza para el funcionamiento seguro.
“Estas dendritas pueden penetrar en el separador y provocar un cortocircuito en la batería”, afirma Meinan Liu, coautor del estudio, en un comunicado de prensa.
Según Liu, estudios anteriores han demostrado que el ajuste del entorno del disolvente -llamado “estructura de solvatación”- puede aumentar la movilidad del Zn2+ en respuesta al campo eléctrico y suprimir con éxito el crecimiento de las dendritas. El problema era que estos ajustes anteriores -como la introducción de otras sales o la inclusión de menos moléculas de agua- acababan disminuyendo también la conductividad iónica del sistema.
“Había una brecha de comprensión fundamental entre la estructura de solvatación del Zn2+ y su movilidad”, dijo el investigador. “Este era un factor clave que afectaba al crecimiento de las dendritas y a la estabilidad del ánodo de Zn”.
En un intento de salvar esta brecha, Liu y sus colegas probaron una nueva táctica: introducir azúcar de mesa común con múltiples grupos hidroxilos, es decir, hidrógeno y oxígeno unidos en el electrolito para ajustar la estructura de solvatación del Zn2+.
Mediante simulaciones atomísticas y experimentos, el equipo de investigación confirmó que las moléculas de sacarosa mejoraban la movilidad y detenían el crecimiento de dendritas sin comprometer la estabilidad.
“Los resultados confirman que las moléculas de sacarosa en la vaina de solvatación no sólo mejoran la movilidad, asegurando una cinética rápida del Zn2+, sino que también protegen el ánodo de Zn de la corrosión del agua y logran con éxito la deposición sin dendritas de Zn y la supresión de la reacción lateral”, dijo Liu. “Esto demuestra el gran potencial del uso de esta sencilla modificación de la sacarosa para las futuras baterías de zinc de alto rendimiento y acerca el campo de la investigación un paso más al objetivo final de conseguir una batería de Zn segura, ecológica y de alto rendimiento”.
Noticia tomada de: MINING / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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