Des chercheurs développent du zinc aqueux

Les batteries rechargeables aqueuses à base d'anodes de zinc sont parmi les systèmes les plus prometteurs pour remplacer les batteries lithium-ion conventionnelles grâce à leur sécurité intrinsèque, leur non-toxicité, leur rentabilité et leur puissance de sortie exceptionnelle.

Une équipe de recherche de l'Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH) a mis au point une batterie zinc-ion aqueuse stable qui utilise l'eau comme électrolyte. Ils ont utilisé une couche protectrice de polymère pour empêcher la corrosion des électrodes et augmenter la stabilité de l'anode de zinc, améliorant ainsi la stabilité électrochimique de la batterie aqueuse zinc-ion.

Les batteries lithium-ion légères et de grande capacité sont largement utilisées dans les téléphones portables, les ordinateurs portables et d'autres nécessités dans le monde d'aujourd'hui. Cependant, les électrolytes utilisés dans les batteries lithium-ion conventionnelles sont intrinsèquement inflammables, entraînant des incendies ou des explosions mortelles. Un tel accident peut causer des dommages directs aux utilisateurs.

Pour résoudre ce problème, des batteries à électrolyte aqueux ininflammables sont en cours de développement comme substituts prometteurs. Cependant, la réversibilité inférieure de l'anode de zinc dans les électrolytes aqueux, résultant des dendrites de zinc et des réactions latérales de surface, limite la réalisation pratique des batteries zinc-ion.

L'équipe de recherche POSTECH a développé une anode en zinc recouverte d'une couche protectrice multifonctionnelle en utilisant un copolymère à blocs pour améliorer la réversibilité des batteries zinc-ion. La nouvelle couche de polymère est élastique et extensible, supportant l'expansion du volume pendant la charge et la décharge de la batterie.

La couche protectrice de polymère induit une distribution d'ions homogénéisée et supprime la croissance dendritique, contribuant à une durée de vie à long terme de l'anode de zinc. La couche de film mince améliore également la stabilité de l'électrode en supprimant les réactions chimiques/électrochimiques inutiles dans l'électrolyte sur la surface de l'électrode.

Lors d'expériences en laboratoire, l'anode de zinc revêtue présente une excellente stabilité avec une durée de vie de cellule symétrique à long terme et maintient une rétention de capacité de 80 % après 2 500 cycles, associée à une cathode d'oxyde de manganèse. De plus, les chercheurs ont révélé le mouvement des ions de zinc dans la couche de revêtement en utilisant une analyse par spectrométrie de masse des ions secondaires à temps de vol (TOF-SIMS).

Cette étude fournit un processus de fabrication facile et des méthodes d'analyse accessibles pour rationaliser le développement de batteries zinc-ion hautes performances.

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