Turing-Membran zur Verbesserung der Leistung von Zink-Batterien

Ultrahohe Flächenkapazität dank geordneter wellenförmiger Streifen

Batterien auf Zinkbasis sind billig und haben hohen Energiedichten – daher als Energiespeicher begehrt. Die Zinkchemie stößt jedoch häufig auf ernsthafte Probleme mit Dendriten, insbesondere bei hohen Flächenkapazitäten und Stromdichten, was ihre Anwendung einschränkt. Vor kurzem hat ein Forscherteam unter der Leitung von Prof. LI Xianfeng vom Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften neuartige Membranen für Batterien auf Zinkbasis entwickelt, die eine gleichmäßige Zinkabscheidung mit hoher Flächenkapazität und Stromdichte ermöglichen und am 27.07.2021 in ACS (“Dendritenfreie Zinkbatterie mit hoher Flächenkapazität durch den regional induzierten Depositionseffekt der Turing-Membran”) publiziert.

Gebrauchte Akkus und Batterien auf dem Weg des Recycling – Foto ©  John Cameron auf Unsplash

In dem Artikel schlagen die Autoren eine neuartige Membran mit geordneten wellenförmigen Streifen vor, die als “Turing-Muster” bezeichnet werden und die Zinkdendriten wirksam unterdrücken und die Ionenleitfähigkeit verbessern können. Die Erhebungen und Vertiefungen in der Turing-Membran können die Zn(OH)4-2-Verteilung wirksam regulieren und mehr Platz für die Zinkabscheidung bieten. Die koordinierten Cu-Ionen während der Membranbildung können mit Zn(OH)4-2 interagieren, wodurch die Zinkabscheidung weiter geglättet wird. Selbst bei einer hohen Stromdichte von 80 mAh/cm2 ermöglicht die Turing-Membran einer alkalischen Zink-Eisen-Durchflussbatterie (AZIFB) einen stabilen Betrieb mit einer ultrahohen Flächenkapazität von 160 mAh/cm2 für ca. 110 Zyklen, wobei eine Energieeffizienz von 90,10 % erreicht wird, was bei weitem der höchste Wert ist, der jemals bei zinkbasierten Batterien mit einer derart hohen Stromdichte berichtet wurde.

Die Arbeit liefere eine neue Idee für die Entwicklung hochstabiler Batterien auf Zinkbasis und biete – so der Abstract der Autoren – einen validen Zugang zu zinkbasierten Batterien mit hohen Flächenkapazitäten auf der Grundlage des Membrandesigns und fördere deren Weiterentwicklung.

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