Los desafíos de larga data para la implementación práctica de las baterías recargables de zinc-aire (ZAB) son la irreversibilidad electroquímica del ánodo de Zn y la degradación de los cátodos de aire en el electrolito alcalino, lo que eventualmente conduce a una vida útil deficiente y un voltaje de celda bajo.

Los desafíos de larga data para la implementación práctica de las baterías recargables de zinc-aire (ZAB) son la irreversibilidad electroquímica del ánodo de Zn y la degradación de los cátodos de aire en el electrolito alcalino, lo que eventualmente conduce a una vida útil deficiente y un voltaje de celda bajo.

Para mejorar la reversibilidad de los ZAB, se han hecho grandes esfuerzos para utilizar catalizadores de alta duración para el cátodo de aire mientras se mitiga la corrosión del ánodo de Zn mediante el diseño de electrodos o aditivos electrolíticos. Estas estrategias pueden aliviar, pero no superar por completo, los desafíos clave asociados con el electrolito fuertemente alcalino.

Adoptando un enfoque diferente, un equipo de investigación dirigido por ZHANG Xinbo del Instituto de Química Aplicada de Changchun (CIAC) de la Academia de Ciencias de China desarrolló recientemente un ZAB híbrido estable de alto voltaje utilizando un ánodo de Zn neutro, un cátodo ácido y un Membrana de protección de lanzadera de protones inducida por hidrófobo dual para separar los dos electrodos.

Sus resultados fueron publicados en julios.

Los investigadores descubrieron que se puede lograr un recubrimiento/desprendimiento de Zn altamente reversible en electrolitos neutros, mientras que los electrolitos ácidos son esenciales para hacer que el cátodo de aire sea inmune al CO2 problemas de envenenamiento. Por lo tanto, propusieron un ZAB híbrido desacoplando los entornos funcionales del cátodo de aire ácido y el ánodo de Zn neutro.

Sin embargo, el requisito previo esencial para el funcionamiento a largo plazo de un ZAB híbrido es que los dos electrodos funcionen independientemente uno del otro en sus respectivos entornos y, por lo tanto, eviten de forma completa y permanente una transferencia de protones del catolito al anolito. Sobre la base de esta premisa, los investigadores propusieron una membrana conductora de iones hidrofóbica que protege el transbordador de protones para habilitar este sistema híbrido.

Sorprendentemente, esta celda híbrida permite la química redox optimizada tanto del ánodo de Zn como del cátodo de aire. Esto permite un decapado/recubrimiento de Zn estable en el electrolito neutro y el alto voltaje de la reacción redox del oxígeno en el electrolito ácido. Como resultado, el ZAB híbrido tiene un alto voltaje de trabajo de 1,5 V y una larga vida útil de 2000 horas.

ZHANG y su equipo propusieron dos tipos de prototipos de células híbridas que emplearían el blindaje del transbordador de protones y la estrategia de conducción de iones hidrofóbicos. Se espera que tanto la batería híbrida de Zn-Mn como la batería híbrida de Zn-Br tengan un voltaje potencialmente alto y un ciclo de vida largo, lo que demuestra la viabilidad de usar tales celdas híbridas para fabricar baterías acuosas de alta densidad de energía.

Según ZHANG, “El surgimiento de un ZAB híbrido también podría estimular el desarrollo de muchas áreas florecientes, como B. ORR/OER ácido en celdas de combustible y electrolizadores de membrana de intercambio de protones”.


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