Alors que les scientifiques espéraient que les batteries rechargeables au dioxyde de zinc-manganèse pourraient devenir une alternative viable pour les applications de stockage en réseau, les ingénieurs de l'Université de l'Illinois à Chicago et leurs collègues ont identifié les raisons de l'échec de ces systèmes de carburant à base de zinc.

Les scientifiques sont parvenus à cette conclusion après avoir tiré parti de la microscopie électronique avancée, d'expériences électrochimiques et de calculs théoriques pour examiner de plus près le fonctionnement de l'anode de zinc avec la cathode de manganèse dans le système de batterie.

Leurs conclusions sont publiées aujourd'hui dans Nature Sustainability .

"Le zinc et le manganèse ont séparément des propriétés très favorables pour les batteries durables de haute qualité ; cependant, lorsqu'ils sont associés dans un système complet, leur intercalation - leur capacité de recharge - a été discutable, certaines études récentes suggérant que l'insertion et la désinsertion du zinc dans le dioxyde de manganèse sont responsables de la rechargeabilité des cellules », a déclaré l'auteur principal de l'étude, Reza Shahbazian-Yassar, professeur UIC de génie mécanique et industriel au College of Engineering.

"Avec cette étude, nous avons montré qu'il n'y a en fait aucune preuve microscopique de la réinsertion du zinc dans le dioxyde de manganèse, et ce que l'on pensait auparavant être des indicateurs de recharge provenait des ions hydrogène chargés positivement insérés dans le manganèse, et non du zinc."

Dans leurs expériences, les chercheurs ont construit des cellules aqueuses de dioxyde de zinc-manganèse et les ont testées sur 100 cycles. Ils ont déchargé et tenté de recharger les batteries dans des expériences tout en utilisant la microscopie électronique pour capturer des images au niveau atomique des réactions.

"Nous avons vu que l'hydrogène est responsable des dommages aux structures du tunnel de dioxyde de manganèse, réduisant encore le potentiel de recharge de la batterie", a déclaré Shahbazian-Yassar. "Les informations que nous avons obtenues grâce à ces expériences révèlent des informations atomiques importantes sur les mécanismes de la batterie zinc-manganèse. Maintenant que nous savons ce qui se passe au niveau des cellules, nous avons une boussole pour trouver de meilleures stratégies."

Shahbazian-Yassar a déclaré que différentes structures cellulaires pourraient rendre le système plus favorable à l'insertion de zinc ou peut-être des stratégies pour exploiter les protons d'hydrogène. + Explorer plus loin

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