Onderzoekers onder leiding van prof. Li Xianfeng van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben onlangs een composietmembraan ontwikkeld voor op zink gebaseerde stroombatterijen met een lange levensduur. Hun onderzoek is gepubliceerd in Internationale editie van Angewandte Chemie .

De op zink gebaseerde stroombatterij (ZFB) heeft veel aandacht getrokken als stationaire toepassing voor energieopslag vanwege de lage kosten, intrinsiek hoge veiligheid en milieuvriendelijkheid. Echter, de ontwikkeling ervan wordt beperkt door een slechte levensduur en slechte laad-ontlaadprestaties, voornamelijk vanwege problemen met zinkdendriet/accumulatie.

Ionengeleidende membranen spelen een belangrijke rol bij het reguleren van de morfologie van zinkafzetting en het remmen van de groei van dendrieten, waardoor de fietsstabiliteit van de batterij wordt verbeterd.

In de beginfase van hun onderzoek, Li's groep paste de richting en morfologie van zinkafzetting aan door de negatieve ladingseigenschappen van het poreuze ionengeleidende membraan te moduleren, waardoor de oppervlaktecapaciteit en fietsstabiliteit van op zink gebaseerde stroombatterijen worden verbeterd (Nat. Gem., 2018).

Op basis van hun eerdere werk, de onderzoekers ontwikkelden vervolgens een composietmembraan door boornitride-nanobladen (BNNS's) met een hoge thermische geleidbaarheid en mechanische sterkte te coaten op een poreus membraansubstraat.

De BNNSs-vloklaag die naar de negatieve elektrode is gericht, dient als de warmtedrager, waardoor de oppervlaktetemperatuurverdeling van de elektrode wordt verbeterd en de zinkmorfologie verder wordt aangepast. Bovendien, zijn hoge mechanische sterkte voorkomt dat het metallische zink het membraan beschadigt.

Het synergetische effect van deze twee factoren kan de levensduur van ZFB's verbeteren. Alkaline zink-ijzer-stroombatterijen die met dit membraan zijn geassembleerd, kunnen stabiel werken voor 500 laad-ontlaadcycli (~800 h) bij een stroomdichtheid van 80 mA cm ^-2 zonder noemenswaardige demping.

Het belangrijkste is, energie-efficiëntie van meer dan 80% kan zelfs bij 200 mA cm . worden bereikt ^-2 . Deze resultaten kunnen dienen als referentie voor de regulering van zinkanodes in op zink gebaseerde batterijen.