Summary
Het doel van de gerapporteerde protocollen is om oplaadbare zinksponselektroden te maken die dendrieten en vormverandering in zinkbatterijen, zoals nikkel-zink of zink-lucht, onderdrukken.
Abstract
We rapporteren twee methoden om zinksponselektroden te maken die de dendrietvorming en vormverandering voor oplaadbare zinkbatterijen onderdrukken. Beide methoden worden gekenmerkt door het creëren van een pasta gemaakt van zinkdeeltjes, organisch porogen en viscositeitsverhogend middel dat wordt verwarmd onder een inert gas en vervolgens lucht. Tijdens het verwarmen onder het inerte gas gloeien de zinkdeeltjes samen en ontleedt het porogen; onder de lucht fuseert het zink en brandt het resterende organische uit, wat een opencellig metaalschuim of spons oplevert. We stemmen de mechanische en elektrochemische eigenschappen van de zinksponzen af door verschillende zink-porogene massaverhouding, verwarmingstijd onder inert gas en lucht, en grootte en vorm van de zink- en porogendeeltjes. Een voordeel van de gerapporteerde methoden is hun vermogen om de zinksponsarchitectuur nauwkeurig af te stemmen. De geselecteerde grootte en vorm van de zink- en porogene deeltjes beïnvloeden de morfologie van de poriestructuur. Een beperking is dat resulterende sponzen verstoorde poriestructuren hebben die resulteren in een lage mechanische sterkte bij fracties van zink met een laag volume (<30%). Toepassingen voor deze zinksponselektroden zijn batterijen voor netopslag, persoonlijke elektronica, elektrische voertuigen en elektrische luchtvaart. Gebruikers kunnen verwachten dat zinksponselektroden tot 40% ontladingsdiepte fietsen met technologisch relevante snelheden en areale capaciteiten zonder de vorming van separator-piercing dendrieten.
Introduction
Het doel van de gerapporteerde fabricagemethoden is om zink (Zn) sponselektroden te maken die dendrietvorming en vormverandering onderdrukken. Historisch gezien hebben deze problemen de levensduur van Zn-batterijen beperkt. Zink-spons elektroden hebben deze problemen opgelost, waardoor Zn batterijen met een langere cyclus leven1,2,3,4,5,6. De sponsstructuur onderdrukt dendrietvorming en vormverandering omdat (1) het gesmolten Zn-raamwerk het hele volume van de spons elektrisch verbindt; (2) de poriën houden zincate in de buurt van het Zn-sponsoppervlak; en (3) de spons heeft een hoog oppervlak dat de lokale stroomdichtheid vermindert onder de waarden die zijn geïdentificeerd om dendrieten in alkalische elektrolyten te ontkiemen7. Als het sponsoppervlak echter te hoog is, treedt aanzienlijke corrosie op5. Als de sponsporiën te groot zijn, heeft de spons een lage volumetrische capaciteit5. Ook, als de sponsporiën te klein zijn, zal de Zn-elektrode onvoldoende elektrolyt hebben om toegang te krijgen tot Zn tijdens het ontladen, wat resulteert in een laag vermogen en capaciteit5,6.
De redenering achter de gerapporteerde fabricagemethoden is om Zn-sponzen te maken met de juiste sponsporositeiten en poriediameters. Experimenteel vinden we dat Zn-sponzen met porositeiten van 50 tot 70% en poriediameters in de buurt van 10 μm goed in volcellige batterijen zitten en lage corrosiesnelheden vertonen5. We merken op dat bestaande methoden voor de productie van commerciële metaalschuimen geen vergelijkbare morfologieën bereiken op deze lengteschalen8, dus de gerapporteerde fabricagemethoden zijn nodig.
De voordelen van de hier gerapporteerde methoden ten opzichte van alternatieven worden gekenmerkt door een fijne controle van sponskenmerken en door het vermogen om grote, dichte Zn-sponzen te fabriceren met technologisch relevante areaalcapaciteitswaarden5,6,9,10. Alternatieve methoden om Zn-schuimen te maken, kunnen mogelijk geen vergelijkbare poriën van 10 μm creëren met sponsporositeiten in de buurt van 50%. Dergelijke alternatieven kunnen echter minder energie nodig hebben om te fabriceren, omdat ze verwerkingsmaatregelen op hoge temperatuur vermijden. Alternatieve processen omvatten de volgende strategieën: koude sinteren Zn deeltjes11, het deponeren van Zn op driedimensionale gastheerstructuren12,13,14,15,16,17, het snijden van Zn folie in tweedimensionale schuimen18, en het creëren van Zn schuimen via spinodale ontbinding19 of percolatie ontbinding20.
De context van de gerapporteerde methoden in het bredere geheel van de gepubliceerde literatuur wordt voornamelijk vastgesteld door werk uit Drillet et al.21. Ze pasten methoden aan om poreus keramiek te fabriceren om een van de vroegst gerapporteerde driedimensionale, zij het fragiele Zn-schuimen voor batterijen te creëren. Deze auteurs hebben echter geen oplaadbaarheid aangetoond, waarschijnlijk vanwege de slechte connectiviteit tussen de Zn-deeltjes. Voorafgaand aan oplaadbare Zn-sponselektroden was het beste alternatief voor een Zn-folieelektrode een Zn-poederelektrode, waarbij Zn-poeder wordt gemengd met een gelelektrolyt. Zinkpoederelektroden worden commercieel gebruikt in primaire alkalinebatterijen (Zn–MnO2), maar hebben een slechte oplaadbaarheid omdat Zn-deeltjes worden ge passiveerd door Zn oxide (ZnO), wat de lokale stroomdichtheid kan verhogen die de dendrietgroeiaanspoort 3,22. We merken op dat er andere dendrietonderdrukkingsstrategieën zijn die geen schuim- of sponsarchitecturen23,24omvatten.
De gerapporteerde Zn-spons fabricagemethoden vereisen een buisoven, bronnen van lucht en stikstofgas (N2)en een zuurkast. Alle stappen kunnen worden uitgevoerd aan een laboratoriumbureau zonder omgevingscontrole, maar uitlaatgassen van de buisoven tijdens warmtebehandeling moeten naar een zuurkast worden geleid. Resulterende elektroden zijn geschikt voor diegenen die geïnteresseerd zijn in het maken van oplaadbare Zn-elektroden met een hoge areale capaciteit (> 10 mAh cmgeo–2)6.
De eerste gerapporteerde fabricagemethode is een emulsiegebaseerde route om Zn-sponselektroden te maken. De tweede, is een waterige route. Een voordeel van de emulsieroute is het vermogen om Zn-pasta te maken die, wanneer gedroogd, gemakkelijk uit een schimmelholte kan worden gedemold. Een nadeel is de afhankelijkheid van dure materialen. Voor de waterige route kunnen sponsvoorvormen een uitdaging zijn om te demolden, maar dit proces maakt gebruik van goedkope en overvloedige materialen.
Beide methoden omvatten het mengen van Zn-deeltjes met een porogeen- en viscositeitsverhogend middel. Het resulterende mengsel wordt verwarmd onder N2 en vervolgens lucht inademen (geen synthetische lucht). Tijdens het verwarmen onder N2ontleden de Zn-deeltjes en het porogene; onder ademlucht fuseren de gegloeide Zn-deeltjes en brandt het porogene uit. Deze processen leveren metaalschuimen of sponzen op. De mechanische en elektrochemische eigenschappen van de Zn-sponzen kunnen worden afgestemd door verschillende Zn-tot-porogen massaverhouding, verwarmingstijd onder N2 en lucht, en grootte en vorm van de Zn- en porogene deeltjes.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Een emulsie-gebaseerde methode om Zn-sponselektroden te maken
- Voeg 2.054 ml gedeï gedeï gedeï gedeïdente water toe aan een glazen bekerglas van 100 ml.
- Voeg 4.565 ml decane toe aan het bekerglas.
- Roer 0,1000 ± 0,0003 g natriumdodecylsulfaat (SDS) erdoor tot het is opgelost.
- Roer 0,0050 ± 0,0003 g in water oplosbare medium viscositeit carboxymethylcellulose (CMC) natriumzout met de hand gedurende 5 minuten of totdat de CMC volledig is opgelost.
OPMERKING: Gebruik roergereedschap met plastic of plastic coating. Roeren met gereedschap met een metalen oppervlak kan de resulterende Zn-sponzen nadelig beïnvloeden. - Roer er 0,844 ± 0,002 g wateroplosbare voorweelen carboxymethylcellulosehars door.
OPMERKING: Dit type wateroplosbare hars is duur (USD $ 420 kg– 1)6. - Roer dit mengsel gedurende 5 minuten bij 1.000 tpm met behulp van een overhead paddle roerder uitgerust met een plastic peddel.
- Giet 50 g Zn-poeder (gemiddelde deeltjesgrootte van 50 μm, met 307 ppm bismut en 307 ppm indium voor corrosieonderdrukking) in het bekerglas terwijl de bovengrondse roerder bij 1.000 tpm blijft draaien.
- Blijf de Zn-pasta nog eens 5 minuten roeren met hetzelfde toerental, 1.000 tpm.
- Stop de roerder, verwijder het bekerglas en ontlucht het mengsel door het bekerglas en de inhoud ervan 5 minuten vacuüm in een desiccator op kamertemperatuur te plaatsen.
- Verdeel de Zn-pasta in polypropyleen mallen (~ 10 mm in diameter en ~ 5 mm hoog) en laat ze 's nachts in de open lucht drogen. De vorm van de mal bepaalt de vorm van de gedroogde pasta en de resulterende Zn-sponzen.
OPMERKING: Vormgrootte en vorm kunnen variëren. Eerdere experimenten5 gebruiken met succes cilindrische mallen met diameters in de buurt van 10 mm. Vul de Zn-pasta tot een hoogte van 5 mm of minder. Hoe korter de hoogte, hoe korter de vereiste droogtijd. Zie Tabel met materialen voor in de handel verkrijgde matrijzen. - Verwijder voorzichtig de gedroogde Zn-pastavoorvormen uit de mallen en plaats ze in een gaasbehuizing die rust op een inkeping in aluminiumoxidehouder5,6.
OPMERKING: Fabriceer de behuizing van het gaas, bijvoorbeeld door een geperforeerde messing plaat te buigen in een cilinder met een diameter die iets groter is dan de gewenste diameter van de Zn-sponselektrode. Spuit de geperforeerde metalen plaat met boornitride smeermiddel na het buigen in een gewenste vorm. - Plaats het samenstel in een buisoven (diameter van 67 mm) met poorten om gas in en uit de buis te laten stromen.
OPMERKING: Gebruik één poort (de ingangspoort) om gas in de oven te leiden. Gebruik de andere (de uitgangspoort) om gas uit de buisoven in een zuurkast te ontluchten. - Pijp N2 gas gedurende 30 min in de oven met een snelheid van 5,7 cm∙min–1 om de luchtoven te zuiveren.
OPMERKING: Stap 1.13 kan worden bereikt door een tank N2-gas met een digitaal geregelde stroommeter aan te sluiten op een buis die is aangesloten op een van de ingangspoorten. Gasstroommeters kunnen handmatig of door een computer worden bediend. - Gas geef het N2-gas na de zuivering van 30 minuten een constante snelheid van2,8 cm∙min –1.
- Programmeer de oven om de temperatuur lineair te verhogen van 20 tot 369 °C in de loop van 68 minuten, houd 5 uur vast op 369 °C, verhoog lineair van 369 naar 584 °C in de loop van 105 minuten en schakel vervolgens uit.
- Start het ovenprogramma terwijl het N2-gas blijft stromen.
- Stop handmatig de N2-gasstroom na de 5 uur temperatuurgreep en pijp in ademlucht op 2,8 cm ∙min–1.
OPMERKING: Stap 1.17 kan worden bereikt door een tank ademlucht (geen synthetische lucht) met een digitaal geregelde debietmeter aan te sluiten op een buis die is aangesloten op een extra toegangspoort. - Zodra het verwarmingsprogramma stopt, laat u de oven afkoelen tot kamertemperatuur zonder actieve koeling, maar laat u de ademlucht stromen.
- Verwijder de afgekoelde Zn sponzen en zaag ze en/of schuur ze op de gewenste afmetingen.
OPMERKING: Er kan een verscheidenheid aan zaaggereedschappen worden gebruikt, zoals handzagen of verticale lintzagen. Schurende of diamantbladen zijn geschikt.
2. Een op water gebaseerde methode om Zn-sponselektroden te maken
- Voeg 10,5 ml gedeï gedeï gedeïdentealiseerd water toe aan een glazen bekerglas van 100 ml.
- Roer er 0,120 ± 0,001 g in water oplosbare cellulosegom met hoge viscositeit door, ook bekend als carboxymethylcellulose (CMC) natriumzout.
OPMERKING: Gebruik roergereedschap met plastic of plastic coating. Roeren met gereedschap met een metalen oppervlak kan de resulterende Zn-sponzen nadelig beïnvloeden. - Draai en roer dit mengsel met de hand gedurende 5 minuten of totdat de CMC is opgelost.
- Roer 2.400 ± 0,001 g maïszetmeel erdoor terwijl u nog eens 2 minuten vortext.
- Roer 120,00 ± 0,01 g Zn-poeder (gemiddelde deeltjesgrootte van 50 μm, met 307 ppm bismut en 307 ppm indium voor corrosieonderdrukking) terwijl vortexen nog eens 2 minuten duren.
- Druk de resulterende Zn-pasta in de gewenste schimmelholtes.
OPMERKING: Vormgrootte en vorm kunnen variëren. Eerdere experimenten6 gebruiken met succes cilindrische mallen met diameters in de buurt van 10 mm. Vul de Zn-pasta tot een hoogte van 50 mm of minder. De waterige Zn-pasta is droger dan de emulsie Zn-pasta, dus de waterige versie kan worden gebruikt om grotere sponzen te maken die minder droogtijd vereisen. Hoe korter de hoogte, hoe korter de vereiste droogtijd. De schimmel moet in tweeën kunnen splitsen omdat de waterige Zn-pasta na het drogen minimaal samentrekt, in tegenstelling tot de emulsie Zn-pasta. Ongezouten boter kan worden gebruikt om de mallen te smeren voordat u de waterige Zn-pasta indrukt om te helpen bij het demolden. Figuur 1A toont de op maat gemaakte mallen verpakt met Zn-pasta volgens het op water gebaseerde protocol. Figuur 1B toont de handgemaakte mesh behuizing, gekerfde aluminiumoxide houder, en resulterende Zn spons gemaakt met behulp van de waterige-gebaseerde methode. - Laat de met Zn-pasta gevulde mallen 's nachts bij 70 °C in de open lucht drogen in een oven.
- Volg dezelfde behandelings- en warmtebehandelingsstappen (1.11–1.19) die worden beschreven voor de emulsiemethode.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Resulterende, volledig warmtebehandelde, emulsie-gebaseerde Zn-sponzen hebben dichtheden van 2,8 g∙cm–3, terwijl waterige sponzen 3,3 g∙cm–3benaderen. Tijdens het verwarmen onder de lucht vormt zich een laag ZnO op de Zn-oppervlakken, die een dikte van 0,5-1,0 μm moet hebben (waargenomen met behulp van scanningelektronenmicroscopie)5. De vaste stof in de resulterende sponzen moet 72% Zn (emulsieversie) of 78% Zn (waterige versie) zijn, terwijl de rest ZnO (gemeten door röntgendiffractie)6is. Beide sponzen moeten porositeiten hebben in de buurt van 50%, poriediameterverdelingen gecentreerd op 10 μm en specifieke oppervlakten van 4,0 m2∙g–1 (gemeten via kwikindringingsporosimmetrie)6. De treksterkte van beide sponzen moet 1,1–1,2 MPa zijn (gemeten met diametrale compressie)5,6. We merken op dat de sponzen stijf en broos moeten zijn. Doorsneden van de Zn-sponzen moeten er hetzelfde uitzien als die in figuur 2A, B. Als alle eigenschappen van de gefabriceerde sponzen binnen de opgegeven bereiken vallen, is het resultaat positief; zo niet, dan is het resultaat negatief.
Met de vermelde eigenschappen fietsen Zn-sponzen goed in goed geconstrueerde batterijen. Hun prestaties zijn ook afhankelijk van de tegenelektrode, elektrolyt, separator en celconstructie; de bouw van betrouwbare volledige cellen valt buiten het bereik van dit document. Om de elektrochemische geldigheid van Zn-sponzen te testen, raden wij aan commerciële tegenelektroden te oogsten uit nikkel-metaalhydridebatterijen5,6. Vorm een Zn-spons met een diameter van 10 mm en een dikte van 0,5 mm. Cyclus deze spons op 20 mA∙cmgeo–2 (geometrisch gebied) voor ontlading en 10 mA∙cmgeo–2 voor lading in een nikkel-zinkcel zoals beschreven in de literatuur5. Uitgaande van een geschikte constructie, moet de Zn-sponselektrode een fietsstabiliteit vertonen bij een gravimetrische capaciteit van 328 mA∙h∙gspons-1 (per gram ZnO@Zn-sponselektrode) zoals weergegeven in figuur 2C, die wijst op 43% ontladingsdiepte (het quotiënt van gravimetrische ontladingscapaciteit met betrekking tot elk atoom Zn in de elektrode gedeeld door de theoretische gravimetrische capaciteit van Zn). Na uitgebreid fietsen worden geen dendrieten waargenomen door elektronenmicroscopie te scannen (figuur 3). Röntgendiffractie kan worden gebruikt om de laadtoestand van de Zn-sponselektrode te volgen door Zn- en ZnO-reflecties te controleren1. We merken op dat het oppervlak van de Zn-spons tijdens het fietsen wordt geherstructureerd. Hoe dieper het kwijtingsniveau en hoe groter de levensduur van de cyclus, hoe groter het herstructureringsniveau5. Deze factoren dragen bij tot het verschil in oppervlaktemorfologie in figuur 3A,B. Als deze oplaadbare capaciteit wordt bereikt, is het resultaat positief; zo niet, dan is het resultaat negatief en kan het worden veroorzaakt door de Zn-spons, slechte celconstructie of falen van andere celcomponenten.
Figuur 1: Zinksponzen voor en na warmtebehandeling volgens de waterige methode. (A) Foto van op maat gemaakte mallen gemaakt van Delrin of polyoxymethyleen (POM) die is verpakt met Zn-pasta voordat verwarming plaatsvindt. (B) Foto van handgemaakte mesh behuizing, inkeping aluminiumoxide houder, en resulterende Zn spons na warmtebehandeling. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 2: Zinksponsmorfologie en elektrochemische prestaties. Scanning elektronenmicrografen van gekruiste (A) emulsie gebaseerde Zn spons en (B) waterige Zn spons. (C) Spanning versus tijd van een spons op emulsiebasis die wordt gefietst in een nikkel-zinkcel die wordt geloosd bij 20 mA∙cmgeo–2 en wordt opgeladen bij 10 mA∙cmgeo–2 met een gravimetrische capaciteit van 328 mA∙h∙gspons–1. Gegevens aangepast van Hopkins et al.5,6. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 3: Zinksponselektroden onderdrukken dendrietvorming. Zn-spons op basis van emulsie (A) vóór en (B) na elektrochemische cycli. Gegevens aangepast van Hopkins et al.5. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Wijzigingen en probleemoplossing in verband met deze protocollen omvatten het vullen van de vers gemengde Zn-pasta in een schimmelholte. Zorg ervoor dat luchtzakken worden vermeden. Ongewenste holtes kunnen worden verminderd door op de mal te tikken na het vullen of tijdens het vullen. Omdat de waterige Zn-pasta droog is, kan er direct druk worden uitgeoefend op de Zn-pasta om luchtzakken naar buiten te duwen tijdens het vullen van de schimmelholte.
Een beperking van de methoden is dat de poriestructuur van de Zn-spons verstoord is, maar de Zn- en porogene deeltjesgroottes kunnen worden gebruikt om de poriemorfologie te veranderen. Een meer geordende en potentieel sterkere en lichtere Zn-spons kan worden vervaardigd met behulp van additieve productie. De mechanische en elektrochemische eigenschappen van resulterende Zn-sponzen kunnen echter worden afgestemd door de massaverhouding tussen Zn en porogen en de grootte en vorm van de Zn- en porogene deeltjes5,6. Een andere mogelijke beperking is dat de gedroogde Zn-pasta kwetsbaar kan zijn, dus het overbrengen ervan in een gaasbehuizing kan een uitdaging zijn en de Zn-sponsgrootte beperken.
Het belang van deze methoden ten opzichte van bestaande methoden is dat resulterende Zn-sponzen een lange cycluslevensduur bereiken met hoge volumetrische en areale capaciteiten5,6. Resulterende Zn-sponzen zijn ook mechanisch robuust5,6.
Toekomstige toepassingen van de processen kunnen in principe worden aangepast om andere metaalschuimen voor batterijen of andere toepassingen te creëren. Bijvoorbeeld, ijzer, magnesium, of aluminium schuimen kunnen nuttig zijn als anodes voor metaal-lucht batterijen25,26,27. Zn-sponselektroden kunnen met name worden gebruikt om batterijen te maken voor een reeks toepassingen, waaronder wearables, netopslag, persoonlijke elektronica, elektrische voertuigen en elektrische luchtvaart28.
Een kritieke stap, die mogelijk ook moet worden gewijzigd of probleemoplossing, is het verwarmingsproces. Oventemperaturen kunnen variëren. De verwarmingstijd onder N2, in de buurt van maar onder het smeltpunt van Zn, gloeit de Zn-deeltjes samen. De verwarmingstijd onder de lucht verbrandt het resterende porogene, fuseert de Zn en vormt een ZnO-laag. Als de Zn-deeltjes onjuist lijken te versmelten, verlengt u de verwarmingstijd onder N2. Als de ZnO-laag te dik is, vermindert u de verwarmingstijd onder lucht met 10 minuten of meer totdat de gewenste dikte van thermisch oxide is bereikt.
We merken op dat een dikke laag ZnO de mechanische eigenschappen van de Zn-spons verbetert, maar ook de onmiddellijk bruikbare capaciteit van de Zn-elektrode vermindert. De Zn-elektrode kan worden opgeladen door ZnO elektrochemisch om te zetten in metalen Zn. Echter, stabiele fietsen op 40% diepte van de ontlading kan worden bereikt zonder enige precharge5. Als de ZnO-laag te dun is, kan de Zn-spons afbrokkelen tijdens het hanteren5.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
J.F.P., D.R.R., en J.W.L. hebben octrooien met betrekking tot zinkelektroden: US Patents no. 9802254, 10008711, 10720635 en 10763500, EU Patent no 2926395 en China Patent no. 104813521.
Acknowledgments
Dit onderzoek werd gefinancierd door het United States Office of Naval Research.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Corn starch | Argo | Not applicable | This acts as a porogen and viscosity-enhancing agent. |
| Decane | MilliporeSigma | D901 | |
| Medium viscosity water-soluble carboxymethyl cellulose (CMC) sodium salt | MilliporeSigma | C4888-500G | This CMC acts primarily as a viscosity-enhancing agent. |
| Overhead stirrer | Caframo Lab Solutions | BDC3030 | |
| Small cylindrical models for Zn sponges | VWR | 66014-358 | The caps of the vials can be used as molds. |
| Sodium dodecyl sulfate | MilliporeSigma | 436143 | |
| Water-insoluble IonSep CMC 52 preswollen carboxymethyl cellulose resin | BIOpHORETICS | B45019.01 | This CMC acts as a porogen and viscosity-enhancing agent. |
| Zn powder | EverZinc | Custom order |
References
- Parker, J. F., et al. Retaining the 3D Framework of Zinc Sponge Anodes upon Deep Discharge in Zn-Air Cells. ACS Applied Materials & Interfaces. 6 (22), 19471-19476 (2014).
- Parker, J. F., Chervin, C. N., Nelson, E. S., Rolison, D. R., Long, J. W. Wiring zinc in three dimensions re-writes battery performance-dendrite-free cycling. Energy & Environmental Science. 7, 1117-1124 (2014).
- Parker, J. F., et al. Rechargeable nickel-3D zinc batteries: An energy-dense, safer alternative to lithium-ion. Science. 356 (6336), 415-418 (2017).
- Ko, J. S., et al. Robust 3D Zn sponges enable high-power, energy-dense alkaline batteries. ACS Applied Energy Materials. 2 (1), 212-216 (2018).
- Hopkins, B. J., et al. Fabricating architected zinc electrodes with unprecedented volumetric capacity in rechargeable alkaline cells. Energy Storage Materials. 27, 370-376 (2020).
- Hopkins, B. J., et al. Low-cost green synthesis of zinc sponge for rechargeable, sustainable batteries. Sustainable Energy & Fuels. 4, 3363-3369 (2020).
- Yufit, V., et al. Operando Visualization and Multi-scale Tomography Studies of Dendrite Formation and Dissolution in Zinc Batteries. Joule. 3 (2), 485-502 (2019).
- Ashby, M. F., et al. Metal Foams: A Design Guide. , Butterworth-Heinemann. Oxford. (2000).
- Parker, J. F., Ko, J. S., Rolison, D. R., Long, J. W. Translating Materials-Level Performance into Device-Relevant Metrics for Zinc-Based Batteries. Joule. 2 (12), 2519-2527 (2018).
- Hopkins, B. J., Chervin, C. N., Parker, J. F., Long, J. W., Rolison, D. R. An areal-energy standard to validate air-breathing electrodes for rechargeable zinc-air batteries. Advanced Energy Materials. 10 (30), 2001287 (2020).
- Jayasayee, K., et al. Cold Sintering as a Cost-Effective Process to Manufacture Porous Zinc Electrodes for Rechargeable Zinc-Air Batteries. Processes. 8 (5), 592 (2020).
- Chamoun, M., et al. NPG Asia Materials. 7, 178 (2015).
- Kang, Z., et al. 3D Porous Copper Skeleton Supported Zinc Anode toward High Capacity and Long Cycle Life Zinc Ion Batteries. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 7 (3), 3364-3371 (2019).
- Yu, J., et al. Ag-Modified Cu Foams as Three-Dimensional Andoes for Rechargeable Zinc-Air Batteries. ACS Applied Nano Materials. 2 (5), 2679-2688 (2019).
- Stumpp, M., et al. Controlled Electrodeposition of Zinc Oxide on Conductive Meshes and Foams Enabling Its Use as Secondary Anode. Journal of The Electrochemical Society. 165 (10), 461-466 (2018).
- Stock, D., et al. Design Strategy for Zinc Anodes with Enhanced Utilization and Retention: Electrodeposited Zinc Oxide on Carbon Mesh Protected by Ionomeric Layers. ACS Applied Energy Materials. 1 (10), 5579-5588 (2018).
- Li, C., et al. Spatially homogeneous copper foam as surface dendrite-free host for zinc metal anode. Chemical Engineering Journal. 379, 122248 (2020).
- Zhou, Z., et al. Graphene oxide-modified zinc anode for rechargeable aqueous batteries. Chemical Engineering Science. 194, 142-147 (2019).
- McDevitt, K. M., Mumm, D. R., Mohraz, A. Improving Cyclability of ZnO Electrodes through Microstructural Design. ACS Applied Energy Materials. 2 (11), 8107-8117 (2019).
- Wang, C., Zhu, G., Liu, P., Chen, Q. Monolithic Nanoporous Zn Anode for Rechargeable Alkaline Batteries. ACS Nano. 14 (2), 2404-2411 (2020).
- Drillet, J. F., et al. Development of a Novel Zinc/Air Fuel Cell with a Zn Foam Anode, a PVA/KOH Membrane and a MnO2/SiOC-based Air Cathode. ECS Transactions. 28, 13-24 (2010).
- Bozzini, B., et al. Morphological evolution of Zn-sponge electrodes monitored by in situ X-ray computed microtomography. ACS Applied Energy Materials. , (2020).
- Yang, Q., et al. Do Zinc Dendrites Exist in Neutral Zinc Batteries: A Developed Electrohealing Strategy to In Situ Rescue In-Service Batteries. Advanced Materials. 31, 1903778 (2019).
- Yang, Q., et al. Hydrogen-Substituted Graphdiyne Ion Tunnels Directing Concentration Redistribution for Commercial-Grate Dendrite-Free Zinc Anodes. Advanced Materials. 32, 2001755 (2020).
- Narayanan, S. R., et al. Materials challenges and technical approaches for realizing inexpensive and robust iron-air batteries for large-scale energy storage. Solid State Ionics. 216, 105-109 (2012).
- Xiong, H., et al. Effects of Heat Treatment on the Discharge Behavior of Mg-6wt.%Al-1wt.%Sn Alloy as Anode for Magnesium-Air Batteries. Journal of Materials Engineering and Performance. 26, 2901-2911 (2017).
- Hopkins, B. J., Shao-Horn, Y., Hart, D. P. Suppressing corrosion in primary aluminum-air batteries via oil displacement. Science. 362, 658-661 (2018).
- Hopkins, B. J., Long, J. W., Rolison, D. R.
