Las baterías recargables acuosas basadas en ánodos de zinc son uno de los sistemas más prometedores para sustituir a las baterías de iones de litio convencionales gracias a su seguridad intrínseca, su no toxicidad, su rentabilidad y su extraordinaria potencia.
Un equipo de investigación de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang ha desarrollado una pila de iones de zinc acuosa estable que utiliza agua como electrolito.
Emplearon una capa protectora de polímero para evitar la corrosión del electrodo y aumentar la estabilidad del ánodo de zinc, mejorando la estabilidad electroquímica de la pila acuosa de zinc-ion.
Las baterías de iones de litio, ligeras y de gran capacidad, se utilizan mucho en los teléfonos móviles, los ordenadores portátiles y otras necesidades del mundo actual. Sin embargo, los electrolitos utilizados en las baterías de iones de litio convencionales son intrínsecamente inflamables, lo que puede provocar incendios o explosiones mortales. Un accidente de este tipo puede causar daños directos a los usuarios.
Para solucionar este problema, se están desarrollando baterías de electrolitos acuosos no inflamables como sustitutos. Sin embargo, la menor reversibilidad del ánodo de zinc en electrolitos acuosos, resultante de las dendritas de zinc y de las reacciones laterales en la superficie, limita la realización práctica de las baterías de iones de zinc.
El equipo de investigación de POSTECH ha desarrollado un ánodo de zinc recubierto con una capa protectora multifuncional utilizando un copolímero en bloque para mejorar la reversibilidad de las pilas de iones de zinc. La nueva capa de polímero es elástica y estirable, soportando la expansión de volumen durante la carga y descarga de la batería.
Se ha comprobado que la capa protectora de polímero induce una distribución homogénea de los iones y suprime el crecimiento dendrítico, lo que contribuye a una larga vida útil del ánodo de zinc. La fina capa también mejora la estabilidad del electrodo al suprimir las reacciones químicas/electroquímicas innecesarias del electrolito en la superficie del electrodo.
En los experimentos de laboratorio, el ánodo de zinc recubierto muestra una excelente estabilidad con una vida útil de la célula simétrica a largo plazo y mantiene una retención de la capacidad del 80% tras 2.500 ciclos, emparejado con un cátodo de óxido de manganeso. Además, los investigadores revelaron el movimiento de los iones de zinc en la capa de recubrimiento mediante un análisis de espectrometría de masas de iones secundarios de tiempo de vuelo (TOF-SIMS).
Este estudio proporciona un proceso de fabricación sencillo y métodos de análisis accesibles para racionalizar el desarrollo de baterías de iones de zinc de alto rendimiento.