Nanofeuilles de charpente organique métallique utilisées comme porteurs d'ions pour l'auto

31 août 2023

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par Li Yuan, Académie chinoise des sciences

Les batteries zinc-ion rechargeables aqueuses sont des composants prometteurs pour le stockage sur réseau électrique en raison de leur faible coût et de leur sécurité intrinsèque. Cependant, leur mise en œuvre pratique est entravée par la mauvaise réversibilité de l’anode de zinc, principalement causée par le dépôt chaotique de Zn présent sous forme de dendrite et par des réactions secondaires.

Récemment, un groupe de recherche dirigé par le professeur Yang Weishen et le Dr Zhu Kaiyue de l'Institut de physique chimique de Dalian (DICP) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a proposé une stratégie utilisant des « porteurs d'ions » en important des porteurs macromoléculaires Zn2+ avec un rapport masse/charge élevé pour découpler le flux ionique du champ électrique inhomogène et du substrat. Cette méthode constitue une voie efficace pour surmonter les problèmes de dendrites et de réactions secondaires.

Cette étude a été publiée dans Energy & Environmental Science le 18 août.

Les chercheurs ont découvert que les nanofeuilles à structure organique métallique (MOF) présentant une capacité de migration sous champ électrique en raison de leur structure de canal unidimensionnelle et de leur adsorption préférentielle de Zn2+, ainsi que d'une chimie réductrice unique en raison de la faible coordination entre les ligands et les ions zinc, leur permettent de servir de porteurs d’ions Zn2+ dynamiques.

Les nanofeuilles MOF dynamiques pourraient optimiser continuellement l'anode de zinc pendant le cyclage. Plus précisément, l'électrode de zinc a été progressivement reconstruite vers une morphologie de type lamelles alignées horizontalement et une texture améliorée (002), montrant un coefficient de texture relatif de 96,9 (valeur maximale de 100). Cette optimisation sur la morphologie et la texture pourrait être attribuée à l'alignement horizontal des ions Zn2+ par les contraintes des nanofeuillets MOF.

De plus, la présence de ligands MOF a contribué à l’élimination des sous-produits indésirables Zn4SO4(OH)6·4H2O. Ces sous-produits ont été spontanément convertis en nanofeuilles de MOF utiles grâce aux propriétés uniques des ligands. Par conséquent, les cellules symétriques Zn||Zn et les cellules complètes Zn||(NH4)2V10O25·8H2O utilisant des nanofeuilles MOF dans les électrolytes présentaient des performances de cyclage exceptionnelles à des taux faibles et élevés.

"La polyvalence de la stratégie des "porteurs d'ions" est prometteuse en termes d'expansion potentielle pour atteindre un cycle hautement réversible dans d'autres cellules métalliques rechargeables, en raison de sa large applicabilité à divers ligands, substrats et électrolytes", a déclaré le professeur Yang.

Plus d'information: Hanmiao Yang et al, Nanofeuilles MOF comme porteurs d'ions pour une anode de zinc auto-optimisée, sciences de l'énergie et de l'environnement (2023). DOI : 10.1039/D3EE01747H

Informations sur la revue :Sciences de l'énergie et de l'environnement

Fourni par l'Académie chinoise des sciences