Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Energy Materials, các nhà nghiên cứu đã xây dựng công thức điện phân hydrogel bằng cách sử dụng chuỗi anion ClO4- và polyacrylamide để giữ các phân tử nước, trong khi các phân tử glucose ưu tiên điều chỉnh quá trình hòa tan Zn2+.
Một. Sơ đồ minh họa thiết kế và thi công cấu trúc chất điện phân; b. Sơ đồ minh họa đặc tính mạ Zn trong Glam/ZC/PAM (trái) và ZC nguyên chất (phải). Tín dụng: Li Zhaoqian
Các cụm nước bị gián đoạn một cách hiệu quả và cộng hóa trị nước được tăng cường đã được hiện thực hóa, dẫn đến khoảng thời gian ổn định điện áp mở rộng và hoạt động ổn định trong phạm vi nhiệt độ rộng.
Li Zhaoqian, thành viên của nhóm nghiên cứu cho biết : "Điều này có nghĩa là pin kẽm nước có thể hoạt động ổn định khi xem xét các yếu tố theo mùa và độ cao. Điều quan trọng là cơ chế chịu nhiệt độ trong môi trường nước, quá trình hòa tan Zn 2+ và giao diện Zn/điện phân được phân tích một cách có hệ thống". đội. Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Hu Linhua từ Viện Khoa học Vật lý Hợp Phì thuộc Viện Khoa học Trung Quốc dẫn đầu.
Sự chuyển pha điện phân không thể đảo ngược và phản ứng ký sinh tăng tốc đe dọa lớn đến khả năng thích ứng khí hậu của pin Zn-ion nước. Hoạt độ nước ảnh hưởng đến điểm đóng băng của chất điện phân, cửa sổ ổn định điện áp và hành vi lắng đọng Zn ở bề mặt. Do đặc tính chống rò rỉ, độ ổn định cấu trúc polymer và nhiều vị trí neo giữ nước tự do, thiết kế hợp lý của chất điện phân hydrogel cải thiện hiệu quả khả năng thích ứng với khí hậu của pin.
Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã chế tạo một chất điện phân hydrogel “được tăng cường cộng hóa trị” với độ bám dính bề mặt vượt trội và khả năng giữ ẩm mạnh. Thông qua phân tích quang phổ và tính toán lý thuyết, họ đã phát hiện ra rằng hoạt độ nước khối lượng lớn đã bị suy yếu và quá trình hòa tan Zn 2+ được điều chỉnh , làm trì hoãn điểm đóng băng của chất điện phân, tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng giữ ẩm của nó và ức chế các phản ứng phụ do nước gây ra.
Mô phỏng COMSOL và tiến hóa hình thái cho thấy các tính chất cơ học được cải thiện của chất điện phân và giao diện Zn ổn định nhiệt động. Những ưu điểm này chống lại sự hình thành dendrite và giải quyết các vấn đề tiếp xúc điện cực-điện phân, giúp pin có phạm vi hoạt động rộng -40~130°C.
"Khi chất điện phân được sử dụng trong pin dạng túi, nó có công suất ấn tượng là 254 mAh/g ở -30°C và 438,1 mAh/g ở nhiệt độ phòng. Đây là một vấn đề lớn vì hầu hết các loại pin trước đây đều không vượt quá 200 mAh. /g ở -30°C hoặc 400 mAh/g ở nhiệt độ phòng, công trình này cho thấy hiệu quả của những loại pin này, cả về dung lượng và khả năng hoạt động trong phạm vi nhiệt độ rộng”, Tiến sĩ Li cho biết.
Họ cũng lắp ráp pin Zn//Zn và Zn//Cu để đánh giá tuổi thọ ổn định và khả năng đảo ngược lớp mạ/tước Zn. Ở mật độ dòng điện thấp, tuổi thọ của cực dương Zn vượt quá 2.000 giờ, tốt hơn so với chất điện phân lỏng. Ngay cả ở mật độ dòng điện cao, pin Glam/ZC/PAM vẫn có thể hoạt động ổn định trong hơn 500 giờ.
Pin Zn//Cu có thể hoạt động ổn định trong hơn 800 giờ với hiệu suất Coulomb trung bình cao là 99,2%, có khả năng cạnh tranh cao với các chất điện phân hydrogel trước đây.
Nghiên cứu này điều chỉnh cấu trúc phối hợp và điều chỉnh hoạt động nhiệt động giữa bề mặt chất điện phân/Zn bằng cách sử dụng chất điện phân hydrogel đa chức năng, làm suy giảm các phản ứng ký sinh bất lợi và mở rộng phạm vi nhiệt độ hoạt động. Nó cung cấp một chiến lược an toàn và hiệu quả cao để hiện thực hóa các thiết bị ion kẽm dạng nước phù hợp với mọi khí hậu.
Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
