Pin kẽm-iốt có thể sạc lại nhận được nhiều sự chú ý vì chúng an toàn, không tốn nhiều chi phí và có công suất lý thuyết cao. Kẽm có công suất lý thuyết cao (820 mAh/g) và iốt được tìm thấy với số lượng lớn trong vỏ Trái đất. Tuy nhiên, vòng đời hạn chế của pin kẽm-iốt vẫn là một thách thức đáng kể đối với khả năng tồn tại trên thị trường của chúng.
PFZ rắn làm chất điện phân. Nhà cung cấp hình ảnh: Bin Luo và Yongxin Huang từ Đại học Queensland
Sự mất ổn định nhiệt động của điện cực kẽm trong dung dịch điện phân luôn dẫn đến giải phóng hydro, khiến pin bị phồng lên và cuối cùng bị hỏng. Ngoài ra, trong các chất điện giải chứa nước, các phản ứng oxi hóa khử thuận nghịch thường xảy ra ở cực âm iốt, bao gồm triiodide, iodide và polyiodide (I3-/I-/I5-). Các lớp thụ động ZnO và Zn(OH)42- có thể tương tác hơn nữa với triiodua và làm trầm trọng thêm các tác động bất lợi lên cực dương kẽm. Vì vậy, việc giảm thiểu các phản ứng phụ ký sinh này trên bề mặt kẽm là điều cần thiết để đạt được tuổi thọ pin ZnI2 có thể sạc lại lâu dài.
Các nhà nghiên cứu đã báo cáo một loại copolyme khối fluoride mới làm chất điện phân rắn để phát triển pin ZnI2 ở trạng thái rắn với tuổi thọ kéo dài. Kết quả nghiên cứu cho thấy cực dương kim loại kẽm lưu thông trong chất điện phân rắn này tạo thành lớp SEI giàu florua ổn định, thúc đẩy sự lắng đọng của kẽm theo phương ngang và ngăn chặn sự phát triển của các sợi nhánh kẽm có hại có thể làm hỏng thiết bị phân tách và gây ra thất bại pin.
Ngoài ra, chất điện phân rắn này còn giải quyết hiệu quả vấn đề con thoi I3, kéo dài tuổi thọ của pin. Các tế bào đối xứng được lắp ráp bằng chất điện phân rắn này được mạ và tách ổn định trong khoảng 5.000 giờ ở dòng điện 0,2 mA cm-2. Pin ZnI2 hoàn chỉnh có mức nhiệt độ dài hơn là 0,5 C, hiệu suất ấn tượng và hiệu suất coulombic gần 100% trong hơn 7.000 chu kỳ (hơn 10.000 giờ). Chất điện phân thể hiện hiệu suất tốc độ tuyệt vời, mang lại công suất thuận nghịch 79,8 mAh g-1 ngay cả ở mật độ dòng điện cực cao 20 C.
Những kết quả này nêu bật tiềm năng thương mại to lớn của loại pin thể rắn này. Nghiên cứu này mở ra một hướng mới cho việc thiết kế chất điện phân polymer trạng thái fluorosolid cho pin ZnI2 thế hệ tiếp theo với cực dương kim loại Zn không có dendriity và tuổi thọ pin cực dài.
Nghiên cứu trong tương lai sẽ khám phá các kịch bản ứng dụng thực tế hơn của loại pin này đồng thời kiểm soát chi phí. Pin ZnI2 trạng thái rắn này có chất điện phân polymer gốc perfluoropolyether (PFPE) rắn thể hiện sự hình thành lớp xen kẽ chất điện phân rắn (SEI) trên kẽm, thúc đẩy sự phát triển của kẽm theo chiều ngang, giảm thiểu sự xâm nhập dendrite và nâng cao tuổi thọ của chu kỳ pin.
Hơn nữa, chất điện phân rắn cản trở hiệu ứng đưa ion iốt, làm giảm sự ăn mòn lá kẽm. Pin đối xứng sử dụng chất điện phân này thể hiện hiệu suất chu trình tuyệt vời, duy trì độ ổn định trong khoảng 5.000 giờ ở nhiệt độ phòng, trong khi pin ZnI2 thể rắn thể hiện hơn 7.000 chu trình với khả năng duy trì công suất vượt quá 72,2%.
Công trình này đưa ra một lộ trình đầy hứa hẹn để đạt được khả năng lưu trữ năng lượng đáng tin cậy trong pin ZnI2 thể rắn và giới thiệu các khái niệm cải tiến về pin kẽm linh hoạt và có thể đeo được.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Vật liệu Tương lai.
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
