Resumen gráfico. Crédito: Chemical Engineering Journal (2025). Doi: 10.1016/j.cej.2025.162948
Las baterías acuosas de iones de zinc (ZIBS) están ganando atención como una alternativa más segura y asequible a las baterías de iones de litio (LIB). Si bien los libs siguen siendo la tecnología de almacenamiento de energía más utilizada, vienen con riesgos de seguridad debido a su dependencia de electrolitos orgánicos inflamables. Por el contrario, los zibs acuosos usan electrolitos a base de agua, lo que los hace no inflables, amigables con el medio ambiente y más asequibles.
Desafortunadamente, durante la carga y la descarga, los anodes de zinc en zibs se someten a un revestimiento y eliminación repetidos que pueden desencadenar reacciones laterales indeseables y formación de dendrita aguda. Esto afecta severamente su rendimiento y estabilidad del ciclismo, reduciendo la vida útil.
El enfoque principal para abordar este problema es garantizar una distribución uniforme de los iones de zinc en los ánodos. Para lograr esto, muchos estudios han investigado el desarrollo de recubrimientos protectores. Sin embargo, estos recubrimientos pueden limitar la difusión de iones de zinc y aumentar la resistencia eléctrica, disminuyendo en última instancia el rendimiento de la batería.
Recientemente, se han propuesto capas de transporte de iones selectivos (SITL) como una solución prometedora para lograr ánodos de zinc altamente estables. Sin embargo, su considerable grosor y procesos de fabricación complicados tienen un uso limitado del mundo real.
En un avance, un equipo de investigación dirigido por el profesor asociado Woo-Jin Song del Departamento de Ingeniería de Materiales Orgánicos de la Universidad Nacional de Chungnam, Corea del Sur, diseñó un nuevo Sitl ultra delgado que es efectivo y fácil de producir.
“En este estudio, desarrollamos una capa protectora de ácido poliacrílico con unión a zinc (Zn-PAA) a nanoescala para el tratamiento con plasma de oxígeno”, explica el Dr. Song. “A diferencia de los recubrimientos gruesos y complejos convencionales, nuestro enfoque ofrece un proceso de fabricación más simple y es escalable para aplicaciones de gran área”.
Su estudio fue publicado en el Revista de ingeniería química el 1 de julio de 2025.
Este nuevo SITL se basa en el ácido poliacrílico (PAA). PAA puede evitar el contacto directo entre el ánodo de zinc y el electrolito a base de agua, inhibiendo la corrosión. También suprime las reacciones de evolución de hidrógeno y la formación de una capa de pasivación causada por reacciones laterales con sales aniónicas. Esto reduce significativamente el crecimiento dendrítico, estabilizando la interfaz ánodo. Gracias a su hidrofilia, también mejora la transferencia de iones entre los electrolitos y el ánodo, promoviendo la distribución uniforme de iones de zinc y mejora el rendimiento de la batería.
Sin embargo, el PAA desnudo tiende a disolverse en electrolitos a base de agua, reduciendo el rendimiento del ciclismo. Para evitar esto, los investigadores aplicaron el tratamiento con plasma de oxígeno al anodo de zinc, lo que mejoró la adhesión entre la capa PAA y la superficie del ánodo. El PAA se depositó en el anodo de zinc tratado utilizando la técnica de recubrimiento por giro rentable y escalable, lo que resulta en un recubrimiento PAA a nanoescala. El ánodo recubierto de PAA se calentó luego en una placa caliente, formando la capa PAA (ZHP) unida por zinc.
En las pruebas, la capa ZHP demostró ser notablemente duradera, resistiendo la disolución en soluciones acuosas incluso bajo ultrasonicación dura. Como SITL, pudo suprimir de manera efectiva el crecimiento dendrítico durante los procesos de recubrimiento/eliminación en pruebas electroquímicas y promovió el crecimiento de cristales de zinc uniformes a lo largo del plano cristalográfico (002), produciendo una superficie de zinc uniforme con alta actividad electroquímica.
En consecuencia, el anodo de zinc recubierto de ZHP (Zn@ZHP) demostró una operación estable durante más de 2200 horas en pruebas de células simétricas, superando mucho los anodos de zinc desnudos. En células completas, retuvo el 95% de su capacidad después de 500 ciclos a una densidad de corriente de 1 A G-1. En las células de la bolsa, el ánodo demostró un ciclo estable durante más de 300 ciclos, incluso a altas densidades de corriente de 10 cm-2.
“La estabilidad mejorada de los electrolitos a base de agua hace que los ZIB basados en ZHP sean ideales para industrias críticas de seguridad, como los sistemas de almacenamiento de energía a escala de cuadrícula y los sensores de detección”, comenta el Dr. Song. “Y debido a su bajo costo y toxicidad, estas baterías también son adecuadas para productos electrónicos y dispositivos portátiles portátiles”.
En general, la innovadora capa protectora de ZHP desarrollada en este estudio representa un paso importante para hacer de los ZIB una solución práctica de almacenamiento de energía de próxima generación.
Más información: Jongha Hwang et al, Desarrollo de nanolayas poliméricas zincófilas artificiales en ánodos de zinc para baterías de zinc de alto rendimiento, Chemical Engineering Journal (2025). Doi: 10.1016/j.cece.2025.162948
Proporcionado por la Universidad Nacional de Chungnam
Cita: Mejora de la estabilidad de la batería de zinc con nanolayers de polímeros artificiales (2025, 13 de agosto) Recuperado el 13 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-zinc-battery-stability-artiFial-polymer.html
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