Nanohojas de estructura metálica orgánica empleadas como portadores de iones para uno mismo.

31 de agosto de 2023

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por Li Yuan, Academia China de Ciencias

Las baterías acuosas recargables de iones de zinc son componentes prometedores para el almacenamiento en redes eléctricas debido a su bajo costo y seguridad intrínseca. Sin embargo, su implementación práctica se ve obstaculizada por la escasa reversibilidad del ánodo de zinc, causada principalmente por la deposición caótica de Zn presente en forma de dendrita y reacciones secundarias.

Recientemente, un grupo de investigación dirigido por el Prof. Yang Weishen y el Dr. Zhu Kaiyue del Instituto Dalian de Física Química (DICP) de la Academia China de Ciencias (CAS) ha propuesto una estrategia utilizando "portadores de iones" mediante la importación de portadores macromoleculares de Zn2+ con una gran relación masa-carga para desacoplar el flujo de iones del campo eléctrico y el sustrato no homogéneos. Este método proporciona una vía eficaz para superar los problemas de dendritas y reacciones secundarias.

Este estudio fue publicado en Energy & Environmental Science el 18 de agosto.

Los investigadores descubrieron que las nanohojas de estructura metal-orgánica (MOF) que presentan capacidad de migración bajo un campo eléctrico debido a su estructura de canal unidimensional y adsorción preferencial de Zn2+, así como una química reductiva única debido a la débil coordinación entre ligandos e iones de zinc, les permiten sirven como portadores dinámicos de iones Zn2+.

Las nanohojas dinámicas de MOF podrían optimizar continuamente el ánodo de zinc durante el ciclo. Específicamente, el electrodo de zinc se reconstruyó gradualmente hacia una morfología similar a laminillas alineadas horizontalmente y una textura mejorada (002), mostrando un coeficiente de textura relativo de 96,9 (valor máximo de 100). Esta optimización de la morfología y la textura podría atribuirse a la alineación horizontal de los iones Zn2+ por las limitaciones de las nanohojas MOF.

Además, la presencia de ligandos MOF contribuyó a la eliminación de subproductos indeseables Zn4SO4(OH)6·4H2O. Estos subproductos se convirtieron espontáneamente en nanohojas de MOF útiles gracias a las propiedades únicas de los ligandos. En consecuencia, las celdas simétricas de Zn||Zn y las celdas completas de Zn||(NH4)2V10O25·8H2O que emplean nanohojas de MOF en electrolitos exhibieron un excelente rendimiento cíclico tanto a velocidades bajas como altas.

"La versatilidad de la estrategia del 'portador de iones' promete una posible expansión para lograr ciclos altamente reversibles en otras celdas metálicas recargables, debido a su amplia aplicabilidad a diversos ligandos, sustratos y electrolitos", dijo el profesor Yang.

Más información: Hanmiao Yang et al, Nanohojas de MOF como portadores de iones para ánodos de zinc autooptimizados, energía y ciencias ambientales (2023). DOI: 10.1039/D3EE01747H

Información de la revista:Energía y ciencias ambientales

Proporcionado por la Academia China de Ciencias