Nanosheets di struttura organica metallica: una soluzione promettente per il sé

Un gruppo di ricerca del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell’Accademia cinese delle scienze (CAS) ha introdotto una nuova strategia utilizzando nanofogli di struttura metallica organica (MOF) come trasportatori di ioni per ottenere anodi di zinco auto-ottimizzati. Questa innovazione ha il potenziale per superare le sfide affrontate dalle batterie acquose ricaricabili agli ioni di zinco, in particolare la scarsa reversibilità dell’anodo di zinco causata dalla formazione di dendriti e dalle reazioni collaterali.

Il team guidato dal Prof. Yang Weishen e dal Dr. Zhu Kaiyue ha scoperto che i nanofogli MOF possiedono proprietà uniche che li rendono adatti a questa applicazione. La loro struttura a canale unidimensionale consente la migrazione degli ioni Zn2+ sotto un campo elettrico, mentre il loro adsorbimento preferenziale di Zn2+ consente loro di fungere da efficienti trasportatori di ioni Zn2+. Inoltre, la debole coordinazione tra ligandi e ioni di zinco nei nanofogli MOF contribuisce alla loro chimica riduttiva, che aiuta a ottimizzare l’elettrodo di zinco durante il ciclo.

Durante il processo di ciclismo, i nanofogli MOF ricostruiscono gradualmente l'anodo di zinco, risultando in una morfologia simile a lamelle allineate orizzontalmente e una struttura migliorata. Ciò è attribuito all'allineamento orizzontale degli ioni Zn2+ da parte dei vincoli dei nanofogli MOF. Inoltre, la presenza di ligandi MOF aiuta nell'eliminazione di sottoprodotti indesiderati, che vengono convertiti in utili nanofogli MOF. Di conseguenza, l'anodo di zinco mostra prestazioni ciclistiche migliorate sia in condizioni di bassa che di alta velocità.

Questa ricerca dimostra il potenziale promettente della strategia del “portatore di ioni” che utilizza nanofogli MOF per ottenere un ciclo altamente reversibile nelle celle metalliche ricaricabili. La versatilità di questo approccio ne consente un'ampia applicabilità a vari ligandi, substrati ed elettroliti. Apre possibilità per lo sviluppo di sistemi di batterie più efficienti e durevoli per lo stoccaggio nella rete elettrica e altre applicazioni.

Fonti:– Scienze energetiche e ambientali (DOI: 10.1039/D3EE01747H)– Accademia cinese delle scienze