26.06.2025 г.
Zn-ионные аккумуляторы представляют собой альтернативную технологию по производству безопасных и энергоэффективных аккумуляторов, которое достигается за счет высокого содержания цинка в анодах, а также возможности использования водных электролитов. Ожидается, что Zn-ионные аккумуляторы будут обладать много большей емкостью, чем ставшие традиционными Li-ионные (теоретическая емкость 820 мАч∙г-1 по сравнению с ~380 мАч∙г-1 для Li).
Учёные представили подход к уменьшению роста дендритов и их воздействия на стабильность Zn-ионных аккумуляторов, минимизировав паразитные реакции, с целью увеличения срока службы аккумуляторов.
В сотрудничестве с Квинслендским технологическим университетом были синтезированы и использованы ткани из углеродного волокна, покрытые Ti3C2 MXene, выступающим в качестве защитного барьера перед источником Zn. Созданный интерфейс выполняет функцию физического экрана, повышает электрохимическую стабильность и долговечность ячеек.
С помощью методов квантовой химии исследователями была определена предпочтительная поверхность роста Zn при осаждении на углеродные волокна, покрытые Ti3C2 MXene. Также было проведено моделирование гетероструктуры Zn/MXene с различными границами раздела Zn[100], Zn[010], Zn[001], рассчитаны значения энергий связывания, определена зависимость энергии связывания от возможных механических напряжений на границе раздела.
Результаты исследования показали, что нанесение слоя их Ti3C2 приводит к предпочтительному росту Zn[001], которая отличается много меньшей скоростью роста, чем другие поверхности цинка. Когда Ti3C2 наносился в качестве защитного слоя на поверхность Zn, процесс осаждения становился более равномерным. Это значительно уменьшало неровности и способствовало упорядоченной миграции и осаждению ионов Zn, что предотвращает разбухание поверхности анода, рост дендритов. Таким образом, рост дендритов может быть заметно замедлен.
De Alwis, K.A.G.; Hettige Dharmasiri, C.D.; Guruge D. P. W.; Chen, Z.; Toksumakov, A.N.; Kvashnin, D.G.; Zhang, C.; Fernando, Joseph F. S.; Amiralian, N.; Firestein, K.L.; Golberg, D.V. MXene-Carbon Fiber Composite as Anode Protector for Zn-Ion Batteries for Dendrite Suppression. ACS Appl. Energy Mater. 2024, 7, 20, 9566–9576. DOI: 10.1021/acsaem.4c02385
