自己のイオンキャリアとして金属有機骨格ナノシートを採用

2023年8月31日

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中国科学院、李源著

再充電可能な水性亜鉛イオン電池は、その低コストと本質的安全性により、電力網の蓄電用のコンポーネントとして有望です。 しかし、その実用化は、主にデンドライトとして存在する無秩序な Zn 析出と副反応によって引き起こされる、亜鉛アノードの可逆性の低さによって妨げられています。

最近、中国科学院（CAS）大連化学物理研究所（DICP）のヤン・ウェイシェン教授と朱凱悦博士率いる研究グループは、高分子Zn2+キャリアを輸入することで「イオンキャリア」を利用する戦略を提案した。不均一な電場および基板からイオン束を切り離すための大きな質量電荷比。 この方法は、樹状突起と副反応の問題を克服するための効率的な経路を提供します。

この研究は、8月18日付けの『Energy & Environmental Science』誌に掲載されました。

研究者らは、一次元チャネル構造と優先的な Zn2+ 吸着による電場下での移動能力を特徴とする金属有機フレームワーク (MOF) ナノシート、および配位子と亜鉛イオン間の弱い配位による独特の還元化学により、動的 Zn2+ イオンキャリアとして機能します。

動的 MOF ナノシートは、サイクリング中に亜鉛アノードを継続的に最適化できます。 具体的には、亜鉛電極は、水平方向に整列したラメラ状の形態および強化された（００２）テクスチャーに向かって徐々に再構築され、９６．９（最大値１００）の相対テクスチャー係数を示した。 この形態と組織の最適化は、MOF ナノシートの制約による Zn2+ イオンの水平配向に起因すると考えられます。

さらに、MOF リガンドの存在は、望ましくない Zn4SO4(OH)6・4H2O 副生成物の除去に貢献しました。 これらの副生成物は、リガンドのユニークな特性によって自発的に有用な MOF ナノシートに変換されました。 その結果、電解質に MOF ナノシートを採用した Zn||Zn 対称セルおよび Zn||(NH4)2V10O25・8H2O フルセルは、低速および高速の両方で優れたサイクル性能を示しました。

「『イオンキャリア』戦略の多用途性は、さまざまな配位子、基板、電解質に幅広く適用できるため、他の充電式金属電池での高度に可逆的なサイクルの実現への潜在的な拡張が期待されています」とヤン教授は述べた。

詳しくは： Hanmiao Yang 他、自己最適化亜鉛アノードのイオンキャリアとしての MOF ナノシート、エネルギーおよび環境科学 (2023)。 DOI: 10.1039/D3EE01747H

雑誌情報:エネルギーと環境科学

中国科学院提供