Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Tsinghua της Κίνας προτείνουν χημική τροποποίηση της κοινής επιτραπέζιας ζάχαρης για τη σταθεροποίηση του περιβάλλοντος των μπαταριών ψευδαργύρου. Οι βασισμένοι στο νερό ηλεκτρολύτες σε συμβατικές μπαταρίες ψευδαργύρου κάνουν τον ψευδάργυρο να σχηματίζει «δενδρίτες» (δομές που παραπέμπουν σε κλαδιά δέντρου), που μπορούν να επεκταθούν από το ένα ηλεκτρόδιο στο άλλο, προκαλώντας προβλήματα στη μπαταρία.
Σε εργασία που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nano Research, οι ερευνητές αναφέρουν ότι οι μπαταρίες ψευδαργύρου είναι οικονομικά αποδοτικές σε σύγκριση με τις τρέχουσες μπαταρίες ιόντων λιθίου και ακόμη πιο ασφαλείς, καθώς δεν απαιτούν εύφλεκτους οργανικούς ηλεκτρολύτες. Επιπλέον, οι άνοδοι ψευδαργύρου έχουν υψηλή θεωρητική χωρητικότητα, γεγονός που καθιστά αυτές τις μπαταρίες ακόμη πιο υποσχόμενες για εφαρμογές όπως η μελλοντική αποθήκευση ενέργειας στα δίκτυα ηλεκτροδότησης.
Το πρόβλημα με τις μπαταρίες ψευδαργύρου μέχρι στιγμής είναι ότι όταν η συγκέντρωση ιόντων ψευδαργύρου (Zn2+) στην επιφάνεια της ανόδου πέσει στο μηδέν, αρχίζουν να αναπτύσσονται δενδρίτες. Η ανεξέλεγκτη ανάπτυξη δενδριτών ψευδαργύρου υποβαθμίζει την ηλεκτροχημική απόδοση και αποτελεί σοβαρή απειλή για την ασφαλή λειτουργία της μπαταρίας.
«Οι δενδρίτες μπορούν να διεισδύσουν στο διαχωριστή και να προκαλέσουν βραχυκύκλωμα της μπαταρίας», ανέφερε ο συν-συγγραφέας της μελέτης, Meinan Liu. Σύμφωνα με τον Liu, προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι η τροποποίηση του περιβάλλοντος του διαλύτη – που ονομάζεται «δομή διαλυτοποίησης» – μπορεί να αυξήσει την κινητικότητα των ιόντων ψευδαργύρου ως απόκριση στο ηλεκτρικό πεδίο και να καταστείλει με επιτυχία την ανάπτυξη των δενδριτών. Το πρόβλημα ήταν ότι αυτές οι προηγούμενες τροποποιήσεις -όπως η εισαγωγή άλλων αλάτων ή η συμπερίληψη λιγότερων μορίων νερού- κατέληξαν να μειώσουν και την ιοντική αγωγιμότητα του συστήματος.
«Υπήρχε ένα θεμελιώδες κενό κατανόησης μεταξύ της δομής διαλυτοποίησης ιόντων ψευδαργύρου και της κινητικότητας τους», είπε ο ερευνητής. «Αυτός ήταν ένας βασικός παράγοντας που επηρεάζει την ανάπτυξη δενδριτών και τη σταθερότητα της ανόδου ψευδαργύρου».
Στην προσπάθεια να γεφυρώσουν αυτό το χάσμα, ο Liu και οι συνεργάτες του δοκίμασαν μια νέα τακτική: προχώρησαν στην εισαγωγή κοινής επιτραπέζιας ζάχαρης με πολλαπλές ομάδες υδροξυλίου, δηλαδή υδρογόνο και οξυγόνο συνδεδεμένα μεταξύ τους, στον ηλεκτρολύτη για να τροποποιήσουν τη δομή διαλυτοποίησης των ιόντων ψευδαργύρου. Διεξάγοντας προσομοιώσεις και πειράματα, η ερευνητική ομάδα επιβεβαίωσε ότι τα μόρια σουκρόζης ενίσχυσαν την κινητικότητα και σταμάτησαν την ανάπτυξη δενδριτών, χωρίς να επηρεάζεται η σταθερότητα του συστήματος.
«Τα ευρήματα επιβεβαιώνουν ότι τα μόρια σουκρόζης στη δομή διαλυτοποίησης όχι μόνο ενισχύουν την κινητικότητα των ιόντων ψευδαργύρου, αλλά προστατεύουν επίσης την άνοδο ψευδαργύρου από τη διάβρωση και επιτρέπουν επιτυχή εναπόθεση του ψευδαργύρου χωρίς το σχηματισμό δενδριτών, καθώς και καταστολή της πλευρικής αντίδρασης», είπε ο Liu.
«Αυτό καταδεικνύει τις μεγάλες δυνατότητες χρήσης αυτής της απλής τροποποίησης με την προσθήκη σουκρόζης για μελλοντικές μπαταρίες ψευδαργύρου υψηλής απόδοσης και φέρνει το ερευνητικό πεδίο ένα βήμα πιο κοντά στον απώτερο στόχο της επίτευξης μιας ασφαλούς, πράσινης μπαταρίας ψευδαργύρου».
Με πληροφορίες από Mining.com
