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Anode en zinc stabilisée pour améliorer les performances du zinc

Les professeurs Soojin Park et Gyujin Song du Département de chimie et le doctorant Sangyeop Lee de la Division de science des matériaux avancés de POSTECH ont créé un ion zinc aqueux stable.

Les professeurs Soojin Park et Gyujin Song du Département de chimie et le doctorant Sangyeop Lee de la Division de science des matériaux avancés de POSTECH ont créé une batterie aqueuse stable au zinc-ion qui utilise l'eau comme électrolyte. L’équipe a utilisé une couche protectrice de polymère pour empêcher la corrosion des électrodes et augmenter la stabilité de l’anode de zinc. Cela a ensuite amélioré la stabilité électrochimique de la batterie aqueuse zinc-ion.

L'étude, intitulée «Interphase de copolymère bloc élastique sélectif d'ions et de protection chimique pour une anode métallique en zinc durable», a été publiée dans Cell Reports Physical Science.

Les batteries lithium-ion constituent la technologie de prédilection des fabricants, utilisées dans les téléphones mobiles et les ordinateurs portables, et revêtent une importance croissante pour leur utilisation dans les technologies d'énergie propre, telles que les véhicules électriques et les énergies renouvelables. Ces batteries sont légères et ont une capacité élevée, ce qui les rend avantageuses pour diverses applications.

Cependant, les batteries lithium-ion conventionnelles présentent des problèmes de sécurité, car les électrolytes organiques utilisés sont hautement inflammables et peuvent provoquer des incendies ou des explosions mortels. Les batteries lithium-ion étant d’une grande importance et largement utilisées dans notre vie quotidienne, ces accidents peuvent causer des dommages directs aux utilisateurs. Cela a conduit à une demande pour une technologie de batterie plus sûre.

Pour surmonter les problèmes liés à un électrolyte inflammable à base de solvant organique, des batteries à électrolyte aqueux sont en cours de développement comme remplacement potentiel. Ces batteries sont intrinsèquement sûres, ont une conductivité ionique élevée et offrent des avantages économiques.

Bien que les batteries zinc-ion puissent surmonter les problèmes de sécurité des batteries lithium-ion, l'anode en zinc a une réversibilité inférieure dans les électrolytes aqueux. Celles-ci sont causées par des dendrites de zinc et des réactions à la surface, empêchant l’utilisation de batteries zinc-ion.

Pour améliorer les performances de la batterie zinc-ion, l'équipe de recherche POSTECH a développé une anode en zinc recouverte d'une couche protectrice multifonctionnelle en utilisant un copolymère bloc. Pendant la charge et la décharge de la batterie, la nouvelle couche de polymère peut supporter une expansion de volume en raison de son élasticité.

La durée de vie de l'anode de zinc a également augmenté grâce à l'utilisation de la couche protectrice en polymère, car les chercheurs ont découvert qu'elle induisait une distribution homogénéisée des ions et supprimait la croissance dendritique. La stabilité de l'électrode a également été améliorée, car la fine couche de film a inhibé toute réaction chimique et électrochimique inutile dans l'électrolyte à la surface de l'électrode.

Les chercheurs ont également découvert le mouvement des ions zinc dans la couche de revêtement en utilisant l'analyse par spectrométrie de masse des ions secondaires à temps de vol (TOF-SIMS). L’imagerie réussie des mouvements des ions zinc promet de nouvelles recherches sur les propriétés de surface des anodes des batteries.

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