Met een sterke interesse in milieuvriendelijk en efficiënt gebruik van hulpbronnen, er is vraag naar groene en veilige batterijsystemen, en het verbeteren van de oplaadbaarheid is een doel. Aangezien de oppervlaktechemie van de vaste-elektrolyt-interfase (SEI) een kritische factor is die de levensduur van oplaadbare batterijen bepaalt, het is een belangrijk onderzoeksfocus.

Zn-batterijen (ZB's) worden gekenmerkt door lage kosten, superieure volumetrische energie-output en kosteneffectieve grondstoffen, waardoor ze een veelbelovende kandidaat zijn om aan de vraag naar oplaadbare batterijen te voldoen. Echter, sommige kenmerken van de Zn-elektrolytinterface beperken de ontwikkeling van oplaadbare ZB's en hun toepassing.

De groep van prof. Cui Guanglei van het Qingdao Instituut voor Bio-energie en Bioprocestechnologie van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft nieuwe concepten voorgesteld met betrekking tot in situ gevormde en kunstmatige SEI's als een middel om de elektrochemische kenmerken van Zn fundamenteel te moduleren.

Door de ontleding van een eutectische vloeistof te manipuleren met een eigenaardige anion-geassocieerde kation-solvatiestructuur, de onderzoekers observeerden voor het eerst zinkfluoride-rijke organische/anorganische SEI op een Zn-anode.

Een combinatie van experimenteel en modelleringsonderzoek onthulde dat de aanwezigheid van anion-complexerende Zn-soorten met duidelijk verlaagde ontledingsenergieën bijdroeg aan de in-situ vorming van de interfase.

"De beschermende interfase maakt omkeerbare en dendrietvrije Zn-plating/stripping mogelijk, zelfs bij hoge oppervlaktecapaciteiten. Dit komt door de snelle ionmigratie in combinatie met een hoge mechanische sterkte, " zei prof. Cui.

Met dit grensvlakontwerp, de geassembleerde Zn-batterijen vertoonden uitstekende fietsstabiliteit met verwaarloosbaar capaciteitsverlies bij zowel lage als hoge snelheden.

In aanvulling, het coaten van het Zn-oppervlak met een kunstmatige beschermende polyamidelaag is eenvoudig te implementeren. De polyamidelaag heeft alle gewenste eigenschappen voor het ondersteunen van zeer omkeerbare Zn-chemie met verbeterde cyclusprestaties van Zn-anoden bij neutrale pH, zelfs bij een hoge ontladingsdiepte.

De studie biedt nieuwe inzichten in de rationele regulering van Zn-anoden en biedt een ongekende manier om de dilemma's aan te pakken die worden veroorzaakt door de intrinsieke eigenschappen van meerwaardige metalen anoden.