A medida que crece la demanda mundial de soluciones de almacenamiento de energía, las limitaciones de las baterías de iones de litio actuales, como los problemas de seguridad y los altos costos, han impulsado la exploración de tecnologías alternativas.Las baterías acuosas de iones de zinc (AZIB) se han convertido en un candidato prometedor debido a su seguridad inherente, rentabilidad y sostenibilidad ambiental.Sin embargo, desafíos como el crecimiento de las dendritas de zinc continúan obstaculizando su adopción generalizada.Debido a estos desafíos, existe una necesidad apremiante de profundizar en soluciones innovadoras para mejorar el rendimiento de AZIB.

Elestudiar, realizado por investigadores de la Universidad de Tsinghua y la Universidad Tecnológica de Sydney, se publicó enMateriales y dispositivos energéticos.Proporciona una revisión exhaustiva de los avances recientes en la ingeniería de materiales porosos.zincánodos metálicos para AZIB.

El objetivo de la investigación es el orden estructural de estos ánodos porosos y su papel fundamental en la mejora del rendimiento de la batería.La revisión subraya el potencial de los ánodos de zinc porosos para superar las limitaciones de los ánodos de zinc planos tradicionales.

La investigación destaca las importantes ventajas de los ánodos de zinc porosos sobre los ánodos de zinc planos tradicionales.Elestructuras porosasProporcionan numerosos sitios de nucleación, que reducen las barreras de energía nuclear y mitigan la acumulación de carga localizada.Esto, a su vez, suprime el crecimiento de dendritas, asegurando una mayor vida útil de la batería.

El estudio también enfatiza el papel de las estructuras porosas tridimensionales para facilitar la distribución uniforme del campo eléctrico y el flujo de iones homogéneo, que son cruciales para la deposición y extracción estable de zinc.

Además, el volumen interno sustancial de estos ánodos se adapta a los cambios de volumen y la tensión de deposición, lo que mejora aún más el rendimiento de la batería.La revisión presenta varias técnicas de fabricación para ánodos de zinc porosos, incluido el grabado,autoensamblaje, litografía láser, métodos electroquímicos e impresión 3D.Los investigadores también brindan información estratégica sobre el diseño de ánodos de zinc porosos para facilitar la implementación práctica de AZIB para aplicaciones de almacenamiento de energía a escala de red.

El profesor Dong Zhou, uno de los investigadores principales, comentó: "El desarrollo de ánodos de zinc porosos representa un importante paso adelante en el avance de las baterías de iones de zinc. Al abordar el problema del crecimiento de las dendritas, nos estamos acercando a hacer de los AZIB un producto comercialmentealternativa viable a las baterías de iones de litio. Nuestro trabajo no solo proporciona una comprensión integral de los avances actuales, sino que también ofrece información estratégica sobre futuras direcciones de investigación".

El diseño innovador de ánodos de zinc porosos tiene el potencial de revolucionar el campo del almacenamiento de energía.Al mejorar el rendimiento y la seguridad de los AZIB, estos ánodos podrían permitir el desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía sostenibles a gran escala, cruciales para integrar fuentes de energía renovables en la red.

Además, los avances en los ánodos de zinc porosos también podrían conducir al desarrollo de baterías más seguras y rentables para una amplia gama de aplicaciones, desde vehículos eléctricos hasta productos electrónicos portátiles, contribuyendo así a la transición global hacia una energía más limpia.energíasoluciones.

Más información:Yichen Ding et al, Ánodos metálicos de zinc porosos para baterías acuosas de iones de zinc: avances y perspectivas,Materiales y dispositivos energéticos(2024).DOI: 10.26599/EMD.2024.9370040

Proporcionado porPrensa de la Universidad de Tsinghua