Metallorganische Gerüst-Nanoblätter, die als Ionenträger für sich selbst verwendet werden

31. August 2023

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von Li Yuan, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Wässrige wiederaufladbare Zinkionenbatterien sind aufgrund ihrer geringen Kosten und Eigensicherheit vielversprechende Komponenten für die Stromspeicherung. Ihre praktische Umsetzung wird jedoch durch die schlechte Reversibilität der Zinkanode behindert, die hauptsächlich durch die chaotische Zn-Ablagerung in Form von Dendriten und Nebenreaktionen verursacht wird.

Kürzlich hat eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Yang Weishen und Dr. Zhu Kaiyue vom Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) eine Strategie vorgeschlagen, bei der „Ionenträger“ durch den Import makromolekularer Zn2+-Träger mit verwendet werden ein großes Masse-Ladungs-Verhältnis, um den Ionenfluss vom inhomogenen elektrischen Feld und Substrat zu entkoppeln. Diese Methode bietet einen effizienten Weg zur Überwindung der Dendriten- und Nebenreaktionsprobleme.

Diese Studie wurde am 18. August in Energy & Environmental Science veröffentlicht.

Die Forscher fanden heraus, dass Nanoblätter mit metallorganischem Gerüst (MOF) mit Migrationsfähigkeit unter elektrischem Feld aufgrund ihrer eindimensionalen Kanalstruktur und bevorzugten Zn2+-Adsorption sowie einer einzigartigen reduktiven Chemie aufgrund der schwachen Koordination zwischen Liganden und Zinkionen dies ermöglichen dienen als dynamische Zn2+-Ionenträger.

Die dynamischen MOF-Nanoblätter könnten die Zinkanode während des Zyklus kontinuierlich optimieren. Insbesondere wurde die Zinkelektrode nach und nach zu einer horizontal ausgerichteten lamellenartigen Morphologie und einer verbesserten (002)-Textur rekonstruiert und zeigte einen relativen Texturkoeffizienten von 96,9 (Maximalwert 100). Diese Optimierung der Morphologie und Textur könnte auf die horizontale Ausrichtung von Zn2+-Ionen durch die Einschränkungen von MOF-Nanoblättern zurückzuführen sein.

Darüber hinaus trug die Anwesenheit von MOF-Liganden zur Eliminierung unerwünschter Zn4SO4(OH)6·4H2O-Nebenprodukte bei. Diese Nebenprodukte wurden durch die einzigartigen Eigenschaften der Liganden spontan in nützliche MOF-Nanoblätter umgewandelt. Folglich zeigten symmetrische Zn||Zn-Zellen und Zn||(NH4)2V10O25·8H2O-Vollzellen mit MOF-Nanoblättern in Elektrolyten eine hervorragende Zyklenleistung sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Geschwindigkeiten.

„Die Vielseitigkeit der ‚Ionenträger‘-Strategie verspricht aufgrund ihrer breiten Anwendbarkeit auf verschiedene Liganden, Substrate und Elektrolyte eine mögliche Ausweitung auf die Erzielung hoch reversibler Zyklen in anderen wiederaufladbaren Metallzellen“, sagte Prof. Yang.

Mehr Informationen: Hanmiao Yang et al., MOF-Nanoblätter als Ionenträger für selbstoptimierte Zinkanoden, Energie- und Umweltwissenschaften (2023). DOI: 10.1039/D3EE01747H

Zeitschrifteninformationen:Energie- und Umweltwissenschaften

Zur Verfügung gestellt von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften