Un exitoso diseño de catalizador para pilas avanzadas de zinc-yodo
Las pilas acuosas de de zinc-yodo (ZIB) han suscitado gran interés debido a su gran seguridad, abundantes reservas y respeto por el medio ambiente. El yodo, muy abundante en el agua de mar (55 μg L-1), resulta muy prometedor para fabricar pilas de zinc-yodo debido a su elevada capacidad teórica (211 mAh g-1) y a su adecuado potencial redox (0,54 V). Sin embargo, la baja conductividad eléctrica del yodo dificulta la conversión redox para el proceso de almacenamiento eficiente de energía con zinc. Además, los poliyoduros solubles formados son propensos a migrar al ánodo de Zn, lo que provoca la degradación de la capacidad y la corrosión del Zn.
Los nanoclusters de carburo de molibdeno (MoC) incrustados en fibras porosas de carbono dopadas con nitrógeno con sitios atómicos de Zn-N4 exhiben un efecto de confinamiento fisicoquímico sobre las especies de yodo y mejoran la eficiencia de transferencia electrón/ion, facilitando la conversión redox reversible sin efectos de lanzadera de poliyoduro.
©Science China Press
Para abordar los problemas existentes en las baterías de Zn-I2, el equipo de investigación presenta el método de coprecipitación para encapsular iones de molibdato en el marco de imidazolato zeolítico-8 (ZIF-8), seguido de electrospinning y calcinación para crear fibras de carbono porosas independientes con sitios de átomo único de Zn y clústeres de carburo de molibdeno (Zn-SA-MoC/NCFs). Con el marco de carbono poroso jerárquico para una transferencia de masa favorable, se espera que la integración de carburos de molibdeno con catalizadores de átomo único amplifique la capacidad de adsorción de especies de yodo y module la actividad catalítica con una redistribución óptima de la carga. Así, las baterías de Zn-I2 ensambladas demuestran una gran capacidad específica de 230,6 mAh g-1 a una densidad de corriente de 0,5 C (1 C= 0,211 mA cm-2) y una buena retención de la capacidad del 90% tras 20.000 ciclos. Con la comprensión fundamental de la electrocatálisis mejorada mediante la incorporación de Zn-SA con clústeres de MoC, el estudio conceptual sobre la modulación de la estructura electrónica entre los anfitriones y las especies de yodo demuestra los principios básicos para las baterías de Zn-I2 de alto rendimiento y más allá.
Este estudio es el primero en demostrar la manipulación de la actividad electrocatalítica de los clusters de MoC mediante la incorporación de sitios Zn-N4 para la reacción redox del yodo. La estrategia de regulación de la estructura electrónica proporciona una guía sólida para construir catalizadores avanzados de yodo y optimizar su rendimiento en baterías.
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