Een onderzoeksteam van de afdeling Chemische en Biomoleculaire Engineering (ChBE) van de Universiteit van Maryland (UMD) heeft een nieuwe doorbraak bereikt in de chemie van metallische zinkbatterijen - na de innovatie van een zink-luchtbatterijkathode, gerapporteerd in Wetenschap eerder dit jaar - deze keer specifiek voor de anode.

Het team, onder leiding van UMD-hoogleraar Chunsheng Wang, creëerde een gefluoreerde interfase, die omkeerbare zinkbatterijchemie op waterbasis mogelijk maakt. Longsheng Cao (ChBE Postdoc), Dan Li (ChBE Post-doc) en Travis Pollard (U.S. Army Research Lab) waren de eerste auteurs van het onderzoek, gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie op 10 mei.

"Metaalzink is een uitstekende anode omdat het een hoge capaciteit heeft, laag redoxpotentiaal, hoge overvloed en lage toxiciteit, " zei Cao. "Het is ook ongelooflijk veilig, maar lijdt aan ernstige onomkeerbaarheid, bijvoorbeeld we zien vaak dendrietgroei en lage coulombefficiëntie in waterige elektrolyten, waardoor de vorming van een vast-elektrolyt interfase [SEI] onmogelijk is."

Daartoe, de Wang-groep creëerde een verdund en zuur waterelektrolyt, met een alkylammoniumzoutadditief, die plaats maakte voor de vorming van een robuuste en waterdichte SEI. Deze chemie biedt dendrietvrij verzinken en strippen met een efficiëntie van bijna 100% coulomb.

de SEI, voornamelijk samengesteld uit hydrofoob anorganisch fluoride, laat zinkionen heen en weer bewegen, blokkeert het binnendringen van water, en voorkomt elektronenoverdracht. Een dergelijke chemie verbiedt het gebruik van elektrolyten of zinkanodes, waardoor langdurig gebruik van waterige zinkbatterijen mogelijk is.

Deze studie zet de onderzoeksvooruitgang in de zinkbatterij voort, inclusief luchtkathode, elektrolyten, organische elektrolytdeklaag, SEI-ontwerp, en MnO ₂ kathoden.