تصميم تآزري لمضيف زنك واجهة متعددة الوظائف نحو بطاريات زنك معدني عملية

الخلاصة تحصل بطاريات الزنك المعدنية المائية (ZMBs) على اهتمام باعتبارها أنظمة تخزين طاقة على نطاق واسع بسبب سعتها النظرية العالية، سمية منخفضة، ووفرة الزنك. ومع ذلك، لا تزال الأنودات المصنوعة من الزنك تتعرض لنمو الدرنات غير المرغوب فيه وتفاعلات جانبية داخلية، مما يعيق التطبيق العملي لـ ZMBs. في هذه الدراسة، تم تصميم مضيف كربوني مسامي متعدد الوظائف يميل للزنك (FPCH) مدعوم بطبقة رفيعة من ZnO (ZI) على زنك عاري (FPCH-ZI/Zn) بشكل منطقي ليكون المضيف الواجهوي لعمليات ترسيب/ذوبان الزنك بشكل مستقر لتقليل قيود أنودات الزنك. FPCH الكاره للماء ذو مساحات سطح محددة كبيرة ومجموعات وظيفية قائمة على الأكسجين تميل للزنك تحفز توزيعًا موحدًا لمجال كهربائي/زنك 2+flux ولقدرة منخفضة على تشكل النوى وكبح التفاعلات الجانبية. بالإضافة إلى ذلك، يضمن ZI المحب للماء امتصاص كميات كافية من الإلكتروليت داخل FPCH-ZI/Zn؛ فهو يكمل عيوب (القدرة المنخفضة على امتصاص الرطوبة للإلكتروليت) لـ FPCH الكاره للماء، مما يترسب الزنك داخل المضيف. نتيجة لذلك، فإن خلايا FPCH-ZI/Zn المتماثلة تُظهر أداءً ممتازًا من حيث الدورات مع استقطاب منخفض الجهد، حتى في ظل ظروف تشغيل قاسية. علاوة على ذلك، في اختبارات الخلايا الكاملة MnO2 ∥Zn، تُظهر خلايا FPCH-ZI/Zn الكاملة أداءً فائقًا على المدى الطويل مقارنةً بزنك العاري في ظل ظروف تشغيل حقيقية (نسبة N/P: ≈7.3)، مما يشير إلى توفر FPCH-ZI/Zn لبطاريات ZMBs العملية.