El equipo de investigación liderado por el profesor Lin-Hua Hu del Instituto de Ciencias de Materiales de Hefei de la Academia China de Ciencias ha logrado un importante avance científico, utilizando urea como cosolvente prozinc y el económico y ecológico sal de acetato de zinc (Zn(Ac)₂) como materia prima, desarrollando exitosamente un electrolito de hidrogel de alta durabilidad para baterías de ion de zinc acuosas (AZIB). Los resultados de la investigación se publicaron recientemente en Angewandte Chemie International Edition.

Este nuevo hidrogel presenta un rendimiento excepcional, capaz de soportar una elongación por tracción del 557 % y una resistencia a la compresión de 3,7 MPa. Durante la operación de la AZIB, la interfaz de electrolito sólido (SEI) de poliurea in situ formada logra un pelado/placado estable de zinc, sin formación de dendritas ni pasivación. El miembro del equipo Zhaoqian Li indicó que este método supera las limitaciones comunes de las sales de acetato de zinc de bajo costo, haciendo que el material sea más resistente al desgaste, capaz de soportar procesos repetidos de placado y pelado de zinc, así como otros esfuerzos físicos, mejorando significativamente la durabilidad general.

Las baterías de ion de zinc acuosas han enfrentado durante mucho tiempo problemas como fugas de electrolito y corrosión de electrodos. Aunque los electrolitos cuasíquidos ofrecen buena estabilidad y flexibilidad, tienen deficiencias en términos de costo-beneficio, amigabilidad ambiental y resistencia a la fatiga. El acetato de zinc, aunque de bajo costo y ecológico, tiene una solubilidad pobre que limita la capacidad y el rendimiento de la batería.

Para resolver estos problemas, los investigadores adoptaron una nueva estrategia de "salting-out", aumentando la solubilidad del acetato de zinc al eliminar la capa de hidratación alrededor de las cadenas poliméricas, fortaleciendo su estructura de red y mejorando así la resistencia a la fatiga, permitiendo que el electrolito soporte mejor ciclos electroquímicos repetidos y deformaciones mecánicas externas. Durante la operación de la batería, la capa protectora formada naturalmente en el electrodo mejora la estabilidad general de la interfaz de la batería. La batería de ion de zinc muestra un rendimiento excelente: las baterías flexibles de empaquetado suave mantienen buena capacidad y estabilidad incluso después de múltiples ciclos, con una flexibilidad destacada que preserva un voltaje estable incluso al doblarse o plegarse, lo que la hace ideal para dispositivos portátiles y wearables. El doctor Zhaoqian Li afirmó que las baterías flexibles de empaquetado suave mantienen un voltaje estable incluso al doblarse 180°, destacando su potencial de aplicación en dispositivos electrónicos portátiles y wearables.

Además, los investigadores evaluaron el rendimiento de tasa y el rendimiento de autodescarga de la batería. La batería Zn//NH₄V₄O₁₀ con electrolito USPH-5 muestra una capacidad excelente incluso después de ciclos repetidos, con una fuerte capacidad de descarga después de un almacenamiento prolongado, mientras que las baterías sin este electrolito sufren una pérdida significativa de capacidad, lo que indica que el nuevo material de electrolito mejora significativamente el rendimiento general de la batería y su capacidad de mantenimiento a largo plazo.

Esta investigación no solo rompe las limitaciones de solubilidad de sales en AZIB cuasólidas, sino que también proporciona estrategias de regulación escalables para otros ánodos metálicos, prometiendo impulsar el desarrollo de baterías de bajo costo, ecológicas y de alto rendimiento.