Sulu çinko piller, lityum iyon kuzenleri için umut verici alternatiflerdir, ancak aynı sorunlardan birinden muzdariptirler: dendrit oluşumu. Bu iğne benzeri yapılar çinko anotun yüzeyinde oluşur ve elektrolite dönüşerek pilin kısa devre yapmasına ve hatta bazı durumlarda tutuşmasına neden olur. Çin'deki bir araştırma ekibi, elektrolite hidroksil gruplarıyla kimyasal olarak modifiye edilmiş sıradan sofra şekeri (sakaroz) eklenmesinin, solvent ortamını değiştirerek çinko dendritlerin büyümesini yavaşlatabileceğini göstermiştir. Ayrıca sakaroz ayrıca anot üzerinde koruyucu bir kaplama oluşturur ve korozyonunu yavaşlatır.
Lityum iyon piller, günümüzde taşınabilir elektronik ve elektrikli araçlarda en çok kullanılan pillerdir, ancak içerdikleri yanıcı ve toksik organik elektrolitler endişe nedenidir. Lityum ayrıca diğer bazı yaygın metallere kıyasla pahalıdır ve küresel arz çeşitli belirsizliklerin kurbanıdır. Normalde sulu elektrolitlerle oluşturulan çinko piller çekici bir alternatiftir çünkü çinko daha ucuzdur, daha az toksiktir, daha kolay geri dönüştürülebilir ve lityumdan daha yaygın olarak bulunur. Ayrıca yüksek özgül kapasiteye (820 mAh/g ve 5 855 mAh/cm) sahip yüksek bir enerji yoğunluğuna sahiptirler.3) ve Zn anodunun uygun bir redoks potansiyeli (standart hidrojen elektroduna karşı −0.76V).
Sorun şu ki, çinko iyonu (Zn2+) anot yüzeyindeki konsantrasyon sıfıra düşer, üzerinde dendritler büyümeye başlar. Bu yapıların varlığı pilin elektrokimyasal performansının bozulmasına neden olur ve kontrolsüz bırakılırsa tehlikeli olabilir.
Solvent ortamının değiştirilmesi
Son çalışmalar, örneğin tuzlar ekleyerek veya daha az su molekülü dahil ederek çözücü ortamını (veya "çözülme yapısını") değiştirmenin, Zn'nin yayılma hızını artırabileceğini göstermiştir.2+ iyonlar bir elektrik alanına tepki olarak hareket eder ve bu nedenle dendrit büyümesini bastırır. Ancak, bu tür ayarlamalar ne yazık ki pil sisteminin iyonik iletkenliğini azaltarak genel performansın daha düşük olmasına yol açar.
Yeni çalışmada, nanoteknoloji uzmanı liderliğindeki araştırmacılar Meinan Liu arasında Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Sükroz içeren hidroksil gruplarının eklenmesinin, Zn'nin solvasyon yapısını düzenlemenin etkili bir yolu olduğunu buldu.2+ İyonik iletkenliği düşürmeden iyonların yayılma hızını artıran iyonlar. Sükroz ayrıca sulu elektroliti stabilize edebilir ve aynı zamanda üzerinde koruyucu bir tabaka oluşturmak için Zn anodunu emer. Bu, elektrolitin Zn anot üzerindeki korozyonunu engellediğini söylüyorlar.
Hidroksil gruplu sakaroz, Zn ile güçlü bir şekilde etkileşime girer.2+ elektrolitteki su molekülleriyle karşılaştırıldığında,” diye açıklıyor Liu. "Bu nedenle, bazı su moleküllerinin yerini alabilir ve Zn ile koordine olabilir.2+, böylece iyonların çözünme yapısını düzenler.”
Dendrit oluşumu azaltıldı
“Modifiye edilmiş Zn2+ Solvasyon yapısı, elektrolit yoluyla yayılma hızı da dahil olmak üzere iyonların kinetiği üzerinde önemli bir etkiye sahiptir” diyor. Fizik dünyası. "Deneysel sonuçlarımız açıkça göstermektedir ki, Zn'nin aktarım sayısı2+ iyonlar sakaroz girişi ile artar. İyonların bu gelişmiş hareketliliği, belirtildiği gibi dendrit oluşumunu azaltmaya yardımcı olur.
Endüstriyel tuz, daha güvenli ve daha sürdürülebilir bir çinko pil yapar
Araştırmacılara göre, teknikleri bilim insanlarının yüksek performanslı Zn piller geliştirmesine yardımcı olabilir ve güvenli, çevre dostu bir Zn pili gerçeğe daha yakın hale getirir.
İleriye bakıldığında, Liu ve meslektaşları, daha düşük sıcaklıklarda çalışan iyi iyonik iletkenliğe sahip elektrolitler geliştirmeye odaklanmayı planladıklarını söylüyorlar. Mevcut çalışmalarını detaylandırıyorlar Nano Araştırma.
