Metallorganische Gerüst-Nanoblätter: Eine vielversprechende Lösung für sich

Ein Forschungsteam des Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) hat eine neue Strategie eingeführt, bei der Nanoblätter mit metallorganischem Gerüst (MOF) als Ionenträger verwendet werden, um selbstoptimierte Zinkanoden zu erhalten. Dieser Durchbruch hat das Potenzial, die Herausforderungen zu überwinden, mit denen wässrige wiederaufladbare Zinkionenbatterien konfrontiert sind, insbesondere die schlechte Reversibilität der Zinkanode, die durch Dendritenbildung und Nebenreaktionen verursacht wird.

Das Team um Prof. Yang Weishen und Dr. Zhu Kaiyue fand heraus, dass MOF-Nanoblätter einzigartige Eigenschaften besitzen, die sie für diese Anwendung geeignet machen. Ihre eindimensionale Kanalstruktur ermöglicht die Wanderung von Zn2+-Ionen unter einem elektrischen Feld, während ihre bevorzugte Zn2+-Adsorption es ihnen ermöglicht, als effiziente Zn2+-Ionenträger zu dienen. Darüber hinaus trägt die schwache Koordination zwischen Liganden und Zinkionen in MOF-Nanoblättern zu deren reduktiver Chemie bei, was zur Optimierung der Zinkelektrode während des Zyklus beiträgt.

Während des Zyklusprozesses rekonstruieren die MOF-Nanoblätter nach und nach die Zinkanode, was zu einer horizontal ausgerichteten lamellenartigen Morphologie und einer verbesserten Textur führt. Dies wird auf die horizontale Ausrichtung der Zn2+-Ionen durch die Beschränkungen der MOF-Nanoblätter zurückgeführt. Darüber hinaus hilft die Anwesenheit von MOF-Liganden bei der Eliminierung unerwünschter Nebenprodukte, die in nützliche MOF-Nanoblätter umgewandelt werden. Dadurch zeigt die Zinkanode eine verbesserte Zyklenleistung sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Geschwindigkeiten.

Diese Forschung zeigt das vielversprechende Potenzial der „Ionenträger“-Strategie unter Verwendung von MOF-Nanoblättern für die Erzielung hoch reversibler Zyklen in wiederaufladbaren Metallzellen. Die Vielseitigkeit dieses Ansatzes ermöglicht seine breite Anwendbarkeit auf verschiedene Liganden, Substrate und Elektrolyte. Es eröffnet Möglichkeiten für die Entwicklung effizienterer und langlebigerer Batteriesysteme für die Stromspeicherung und andere Anwendungen.

Quellen: – Energie- und Umweltwissenschaften (DOI: 10.1039/D3EE01747H) – Chinesische Akademie der Wissenschaften