Las baterías de zinc-aire son una alternativa potente y económica que se puede utilizar a pequeña escala para alimentar dispositivos electrónicos o a gran escala para vehículos eléctricos o almacenamiento de energía.Estas baterías funcionan cuando el oxígeno del aire oxida el zinc, pero la dificultad en la activación del oxígeno, que degrada el rendimiento de la batería, ha impedido su amplia adopción comercial.

Información presentada en un artículo.publicadoenFuturo del carbonoel 26 de febrero muestra cómo la adición defullerenoLos materiales de carbono derivados como catalizadores pueden mejorar el rendimiento, la estabilidad y el costo de las baterías de zinc-aire.

"Las características cinéticas lentas causadas por la dificultad en la activación del oxígeno, la escisión de los enlaces oxígeno a oxígeno y la eliminación del óxido de la reducción de oxígeno en las baterías de zinc-aire han limitado su aplicación en el campo comercial", dijo Fang-Fang Li, profesor de laEscuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong en Wuhan, China.

"Los catalizadores metálicos no nobles basados ​​en carbono se han considerado materiales prometedores para la reacción de reducción de oxígeno debido a sus grandes superficies,alta conductividad eléctrica, excelentes propiedades mecánicas y excelente estabilidad en entornos electroquímicos".

El fullereno es un alótropo del carbono con una estructura de jaula cerrada en forma de balón de fútbol.El fullereno puro tiene una conductividad insuficiente que limita la transferencia de electrones, pero los cristales derivados del fullereno tienen una superficie específica, conductividad y sitios activos mejorados.Los cristales de fullereno se crean mediante un proceso llamado precipitación de interfaz líquido-líquido.Durante este proceso, el fullereno se disuelve en dos disolventes diferentes y se forman cristales en la interfaz de los dos líquidos.

Luego, los investigadores crearon una supramolécula que combina cristales de fullereno con metaloporfirina, una molécula con una estructura única.Crearon cuatro versiones de esta supramolécula para intentar optimizarla para obtener el mejor rendimiento.Tres se calentaron a diferentes temperaturas (700°C, 800°C y 900°C), y luego la muestra final también se calentó a 800°C, pero se mezcló de manera diferente a las otras muestras sin el método de precipitación de la interfaz líquido-líquido.

Antes de probar el rendimiento de la supramolécula de fullereno-metaloporfirina, los investigadores estudiaron las características estructurales de la muestra mediante escaneo.microscopía electrónicay difracción de rayos X, espectroscopia Raman y mediciones adicionales.Descubrieron que el método de precipitación en la interfaz líquido-líquido aumentaba los defectos, lo que mejoraba el rendimiento de la reacción de reducción de oxígeno.

También descubrieron consistentemente que la supramolécula que se calentó a 800°C funcionó mejor que las otras que se probaron durante el transcurso del experimento, y continuaron probando esta supramolécula en una aplicación práctica.

Para probar el rendimiento de la supramolécula de fullereno-metaloporfirina, los investigadores construyeron una batería casera de zinc-aire utilizando fullereno-metaloporfirina como cátodo.

"Los resultados resaltan la excepcional estabilidad a largo plazo exhibida por la fullereno-metaloporfirina. El zinc-aire optimizadorendimiento de la bateríade fullereno-metaloporfirina subraya el rendimiento electrocatalítico robusto y duradero de la supramolécula.Esta combinación de alta densidad de potencia y estabilidad extendida posiciona al material de carbono derivado de metaloporfirina fullereno como un catalizador muy prometedor para aplicaciones prácticas debaterías de zinc-aire", dijo Li.

Más información:Ao Yu et al, Cocristal de fullereno-metaloporfirina como precursor electrocatalizador de reacción de reducción de oxígeno eficiente para baterías de Znâair,Futuro del carbono(2024).DOI: 10.26599/CF.2024.9200009

Proporcionado porPrensa de la Universidad de Tsinghua