Металлоорганические каркасные нанолисты, используемые в качестве переносчиков ионов для себя

31 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Ли Юань, Китайская академия наук

Водные перезаряжаемые ионно-цинковые батареи являются перспективными компонентами для хранения электроэнергии в электросетях из-за их низкой стоимости и искробезопасности. Однако их практическая реализация затруднена плохой обратимостью цинкового анода, вызванной, прежде всего, хаотичным осаждением Zn в виде дендритов и побочными реакциями.

Недавно исследовательская группа под руководством профессора Ян Вейшена и доктора Чжу Кайюэ из Даляньского института химической физики (DICP) Китайской академии наук (CAS) предложила стратегию использования «переносчиков ионов» путем импорта макромолекулярных носителей Zn2+ с большое отношение массы к заряду для развязки потока ионов от неоднородного электрического поля и подложки. Этот метод обеспечивает эффективный путь решения проблем с дендритами и побочными реакциями.

Это исследование было опубликовано в журнале Energy & Environmental Science 18 августа.

Исследователи обнаружили, что нанолисты металлоорганического каркаса (MOF), обладающие способностью к миграции в электрическом поле благодаря своей одномерной канальной структуре и преимущественной адсорбции Zn2+, а также уникальной восстановительной химии из-за слабой координации между лигандами и ионами цинка, позволяют им служат динамическими переносчиками ионов Zn2+.

Динамические нанолисты MOF могут постоянно оптимизировать цинковый анод во время езды на велосипеде. В частности, цинковый электрод постепенно реконструировался до горизонтально ориентированной морфологии, напоминающей пластинки, и улучшенной текстуры (002), демонстрируя относительный коэффициент текстуры 96,9 (максимальное значение 100). Эту оптимизацию морфологии и текстуры можно объяснить горизонтальным выравниванием ионов Zn2+ из-за ограничений нанолистов MOF.

Кроме того, присутствие лигандов MOF способствовало устранению нежелательных побочных продуктов Zn4SO4(OH)6·4H2O. Эти побочные продукты спонтанно превращались в полезные нанолисты MOF благодаря уникальным свойствам лигандов. Следовательно, симметричные элементы Zn||Zn и полные элементы Zn||(NH4)2V10O25·8H2O, в которых используются нанолисты MOF в электролитах, продемонстрировали выдающиеся характеристики циклирования как при низких, так и при высоких скоростях.

«Универсальность стратегии «переносчика ионов» обещает потенциальное расширение для достижения высокообратимого циклирования в других перезаряжаемых металлических элементах благодаря ее широкой применимости к различным лигандам, субстратам и электролитам», — сказал профессор Ян.

Больше информации: Ханмиао Ян и др., Нанолисты MOF как носители ионов для самооптимизируемого цинкового анода, Энергетика и экология (2023). DOI: 10.1039/D3EE01747H

Информация журнала:Энергетика и экология

Предоставлено Китайской академией наук