Винная кислота как новая добавка для достижения высоких

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 13301 (2022) Цитировать эту статью

2173 Доступа

1 Цитаты

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Среди аккумуляторных батарей большое внимание получили водные цинк-ионные аккумуляторы (ЗИБ) благодаря своей безопасности, дешевизне, экологичности и простоте конструкции. Одной из наиболее важных частей аккумуляторной технологии являются добавки к электролиту, роль которых еще недостаточно изучена. Для повышения качества этих батарей важны такие конкретные параметры, как экономичность, простота конструкции, значительная продолжительность работы, высокий электрический разряд, быстрая скорость заряда/разряда, приемлемая плотность мощности/энергии и приемлемый КПД цикла. В этом отчете основное внимание уделяется водным растворам некоторых белых кристаллических органических кислот в качестве новых добавок к электролитам, таких как янтарная, винная, лимонная, малеиновая и/или уксусная кислоты, в качестве средств снижения перенапряжения аккумуляторной батареи для изменения электрических характеристик ZIB. . Например, важные характеристики винной кислоты как специально подобранной электролитной добавки к ЗИБ: превосходная емкость до 374 мАч г-1 с приемлемой скоростью и сохранением высокой емкости до 91,0% после 7200 циклов. Чтобы исследовать поведение батареи и предложить вероятный механизм этого явления, используются некоторые аналитические методы.

Невозобновляемые источники энергии, такие как ископаемая нефть, природный газ и уголь, постепенно сокращаются1. Кроме того, загрязнение окружающей среды становится настолько серьезным, что людям приходится искать новые пути разработки возобновляемых и экологически чистых источников энергии1. В таких условиях существует множество технологий перезаряжаемых аккумуляторов, таких как традиционные свинцово-кислотные аккумуляторы (основанные на реакциях конверсии) и литий-ионные аккумуляторы (на основе различных процессов, особенно интеркаляции)2. Внутренние ограничения этих систем затрудняют их применение в крупномасштабных хранилищах энергии, ограниченная плотность энергии, низкая эффективность заряда/разряда, саморазряд, низкая кулоновская эффективность и угроза для окружающей среды3,4,5.

В последние годы была изобретена серия «Водных аккумуляторных батарей» (АРБ)6. Эти ARB работают на основе послойной электрохимической интеркаляции/хранения некоторых ионных частиц, таких как Na+, K+, Mg2+ и Zn2+, из водного электролита в структуру электрода6,7,8,9. Эти батареи считаются многообещающим источником энергии из-за их безопасности, более высокой ионной проводимости, большого количества материалов и безвредности для окружающей среды6,7,8,9. Среди ARB Zn-ионные аккумуляторы (ARZIB) оказались наиболее экологически чистыми системами хранения энергии, поскольку в качестве анода в них используется цинк. Ионно-цинковые батареи вызвали широкий интерес благодаря своим многовалентным характеристикам, которые широко доступны в земной коре, недорогому нетоксичному водному электролиту, безопасности и длительному сроку службы10,11,12. Многие соединения туннельного и слоистого типа позволяют осуществлять внедрение/экстракцию ионов Zn2+ в/из своих хозяев благодаря малому ионному радиусу Zn2+ (0,74 Å)13. В этих системах группа «Фейю Канга» впервые продемонстрировала обратимое внедрение ионов Zn в туннельную структуру хозяина MnO2 α-типа, который был принят в качестве катода в ZIB14.

MnO2 широко исследовался в качестве электродного материала для применения как в суперконденсаторах, так и в батареях из-за его широкой доступности, низкой стоимости и безвредности для окружающей среды15. Это соединение имеет несколько различных кристаллографических форм, таких как α, β, γ, δ, λ и рамсделлитовый тип15, 16.

Следует учитывать, что водный ЗИБ имеет серьезные проблемы с внедрением. Эти испытания в основном состоят из i) низкой химической и электрохимической стабильности электролита и ii) образования дендритов цинка во время циклирования, коррозии, пассивации и «реакции выделения водорода» (HER). В основном это отражается на ограниченных окнах напряжения, емкости и стабильности ZIB. Эти проблемы также считаются основными факторами, ограничивающими плотность энергии, возможность повторного использования аккумуляторов и разложение электролитов, что может вызвать опасность деформации и набухания аккумуляторов.17,18,19.