Summary
L'obiettivo dei protocolli riportati è quello di creare elettrodi zinco-spugna ricaricabili che sopprimono i dendriti e cambiano forma nelle batterie di zinco, come nichel-zinco o zinco-aria.
Abstract
Segnaliamo due metodi per creare elettrodi di spugna di zinco che sopprimono la formazione di dendrite e il cambiamento di forma per le batterie di zinco ricaricabili. Entrambi i metodi sono caratterizzati dalla creazione di una pasta fatta di particelle di zinco, porogen organico e agente che migliora la viscosità che viene riscaldata sotto un gas inerte e quindi aria. Durante il riscaldamento sotto il gas inerte, le particelle di zinco si ricotturano insieme e il porogen si decompone; sotto l'aria, i fusibili di zinco e l'organico residuo brucia, producendo una schiuma metallica a celle aperte o una spugna. Sintonizziamo le proprietà meccaniche ed elettrochimiche delle spugne di zinco variando il rapporto di massa zinco-porogen, il tempo di riscaldamento sotto gas inerte e aria, e le dimensioni e la forma delle particelle di zinco e porogen. Un vantaggio dei metodi riportati è la loro capacità di sintonizzare finemente l'architettura zinco-spugna. Le dimensioni e la forma selezionate delle particelle di zinco e porogen influenzano la morfologia della struttura dei pori. Un limite è che le spugne risultanti hanno strutture dei pori disordinate che si traducono in una bassa resistenza meccanica a frazioni di zinco a basso volume (<30%). Le applicazioni per questi elettrodi di zinco-spugna includono batterie per l'archiviazione della rete, l'elettronica personale, i veicoli elettrici e l'aviazione elettrica. Gli utenti possono aspettarsi che gli elettrodi di zinco-spugna ciclino fino al 40% di profondità di scarica a velocità e capacità areali tecnologicamente rilevanti senza la formazione di dendriti perforanti separatori.
Introduction
Lo scopo dei metodi di fabbricazione riportati è quello di creare elettrodi di spugna di zinco (Zn) che sopprimono la formazione di dendrite e il cambiamento di forma. Storicamente, questi problemi hanno limitato la durata del ciclo delle batterie Zn. Gli elettrodi zinco-spugna hanno risolto questi problemi, consentendo batterie Zn con cicli di vita più lunghi1,2,3,4,5,6. La struttura della spugna sopprime la formazione di dendrite e il cambiamento di forma perché (1) la struttura Zn fusa fili elettricamente l'intero volume della spugna; (2) i pori trattengono zincato vicino alla superficie della spugna Zn; e (3) la spugna ha una superficie elevata che diminuisce la densità di corrente locale al di sotto dei valori identificati per germogliare dendriti in elettroliti alcalini7. Tuttavia, se la superficie della spugna è troppo alta, si verifica una corrosione sostanziale5. Se i pori della spugna sono troppo grandi, la spugna avrà una bassa capacità volumetrica5. Inoltre, se i pori della spugna sono troppo piccoli, l'elettrodo Zn avrà un elettrolita insufficiente per accedere a Zn durante la scarica, con conseguente bassa potenza e capacità5,6.
La logica alla base dei metodi di fabbricazione riportati è quella di creare spugne Zn con porosità di spugna e diametri dei pori appropriati. Sperimentalmente, troviamo che le spugne Zn con porosità dal 50 al 70% e diametri dei pori vicini a 10 μm ciclino bene in batterie a celle complete e mostrano bassi tassi di corrosione5. Notiamo che i metodi esistenti per produrre schiume metalliche commerciali non riescono a raggiungere morfologie simili su queste scale di lunghezza8, quindi sono necessari i metodi di fabbricazione riportati.
I vantaggi dei metodi qui riportati rispetto alle alternative sono caratterizzati da un controllo fine delle caratteristiche della spugna e dalla capacità di fabbricare spugne Zn grandi e dense con valori di capacità areale tecnologicamente rilevanti5,6,9,10. Metodi alternativi per creare schiume Zn potrebbero non essere in grado di creare pori comparabili da 10 μm con porosità di spugna vicine al 50%. Tali alternative possono, tuttavia, richiedere meno energia per la fabbricazione perché evitano le fasi di lavorazione ad alta temperatura. I processi alternativi includono le seguenti strategie: sinterizzazione a freddo di particelledi Zn 11, deposito di Zn su strutture ospiti tridimensionali12,13,14, 15,16,17, taglio di fogli di Zn in schiume bidimensionali18e creazione di schiume Zn tramite decomposizione spinodale19 o dissoluzione di percolazione20.
Il contesto dei metodi riportati nel più ampio corpo della letteratura pubblicata è principalmente stabilito dal lavoro di Drillet et al.21. Hanno adattato i metodi di fabbricazione di ceramiche porose per creare una delle prime schiume Zn tridimensionali, anche se fragili, per batterie. Questi autori, tuttavia, non sono riusciti a dimostrare la ricaricabilità, probabilmente a causa della scarsa connettività tra le particelle Zn. Prima degli elettrodi ricaricabili in spugna Zn, la migliore alternativa a un elettrodo a lamina Zn era un elettrodo Zn-polvere, in cui la polvere Zn viene miscelata con un elettrolita gel. Gli elettrodi zinco-polvere sono commercialmente utilizzati nelle batterie alcaline primarie (Zn-MnO2)ma hanno scarsa ricaricabilità perché le particelle Zn vengono passivate dall'ossido di Zn (ZnO), che può aumentare la densità di corrente locale che stimola la crescita di dendriti3,22. Notiamo che ci sono altre strategie di soppressione dei dendriti che non coinvolgono architetture di schiuma o spugna23,24.
I metodi di fabbricazione della spugna Zn riportati richiedono un forno tubolare, fonti di aria e azoto gassoso (N2)e una cappa aspirante. Tutti i passaggi possono essere eseguiti presso un banco di laboratorio senza controllo ambientale, ma lo scarico dal forno a tubi durante il trattamento termico deve essere convogliato a una cappa aspirante. Gli elettrodi risultanti sono appropriati per coloro che sono interessati a creare elettrodi Zn ricaricabili capaci di elevata capacità areale (> 10 mAh cmgeo-2)6.
Il primo metodo di fabbricazione riportato è un percorso basato sull'emulsione per creare elettrodi di spugna Zn. Il secondo, è un percorso acquoso. Un vantaggio del percorso di emulsione è la sua capacità di creare pasta di Zn che, una volta essiccata, è facile da sbiliare da una cavità dello stampo. Uno svantaggio è la sua dipendenza da materiali costosi. Per il percorso acquoso, le preforme di spugna possono essere difficili da sformare, ma questo processo utilizza materiali economici e abbondanti.
Entrambi i metodi prevedono la miscelazione di particelle Zn con un porogen e un agente che migliora la viscosità. La miscela risultante viene riscaldata sotto N2 e quindi respira aria (non aria sintetica). Durante il riscaldamento sotto N2, le particelle di Zn ricotto e il porogen si decompongono; sotto l'aria respirabile, le particelle di Zn ricotto si fondono e il porogen brucia. Questi processi producono schiume metalliche o spugne. Le proprietà meccaniche ed elettrochimiche delle spugne Zn possono essere regolate variando il rapporto di massa Zn-porogen, il tempo di riscaldamento sotto N2 e l'aria, e le dimensioni e la forma delle particelle Zn e porogen.
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Protocol
1. Un metodo basato su emulsione per creare elettrodi di spugna Zn
- Aggiungere 2.054 ml di acqua deionizzata a un becher di vetro da 100 ml.
- Aggiungere 4.565 ml di decane al becher.
- Mescolare 0,1000 ± 0,0003 g di sodio dodecil solfato (SDS) fino a quando non si scioglie.
- Mescolare a mano 0,0050 ± 0,0003 g di sale sodico carbossimetilcellulosa (CMC) a media viscosità solubile in acqua per 5 minuti o fino a completa dissoluzione della CMC.
NOTA: utilizzare utensili di agitazione in plastica o rivestiti in plastica. Mescolare con strumenti con una superficie metallica può influire negativamente sulle spugne Zn risultanti. - Mescolare 0,844 ± 0,002 g di resina carbossimetilcellulosa presolubile insolubile in acqua.
NOTA: Questo tipo di resina insolubile in acqua è costoso (USD $ 420 kg-1)6. - Mescolare questa miscela a 1.000 giri / min per 5 minuti utilizzando un agitatore a pale in testa dotato di una paletta di plastica.
- Versare 50 g di polvere di Zn (dimensione media delle particelle di 50 μm, contenente 307 ppm di bismuto e 307 ppm di indio per la soppressione della corrosione) nel becher mentre l'agitatore aereo continua a girare a 1.000 giri / min.
- Continuare a mescolare la pasta Zn per altri 5 minuti alla stessa velocità, 1.000 giri / min.
- Arrestare l'agitatore, rimuovere il becher e degassare la miscela mettendo il becher e il suo contenuto sotto vuoto per 5 minuti in un essiccatore a temperatura ambiente.
- Porzionare la pasta di Zn in stampi in polipropilene (~ 10 mm di diametro e ~ 5 mm di altezza) e lasciarli asciugare all'aperto durante la notte. La forma dello stampo determina la forma della pasta essiccata e delle spugne Zn risultanti.
NOTA: le dimensioni e la forma dello stampo possono variare. Esperimenti passati5 utilizzano con successo stampi cilindrici con diametri vicini a 10 mm. Riempire la pasta Zn fino a un'altezza di 5 mm o meno. Più corta è l'altezza, più breve è il tempo di asciugatura richiesto. Vedere Tabella dei materiali per gli stampi disponibili in commercio. - Rimuovere con cura le preforme di pasta di Zn essiccate dagli stampi e metterle in un involucro a rete che poggia su un supporto di allumina dentellato5,6.
NOTA: Fabbricare l'involucro a rete, ad esempio, piegando un foglio di ottone perforato in un cilindro con un diametro leggermente superiore al diametro desiderato dell'elettrodo Zn-spugna. Spruzzare la lamiera perforata con lubrificante al boro-nitruro dopo averla piegata nella forma desiderata. - Posizionare l'assemblaggio in un forno tubolare (67 mm di diametro) con porte per far fluire il gas dentro e fuori dal tubo.
NOTA: utilizzare una porta (la porta d'ingresso) per convogliare il gas nel forno. Utilizzare l'altra (la porta di uscita) per sfogare il gas dal forno tubolare in una cappa aspirante. - Tubo N2 gas nel forno per 30 minuti ad una velocità di 5,7 cm∙min–1 per spurgare il forno dall'aria.
NOTA: Il passo 1.13 può essere ottenuto collegando un serbatoio di gas N2 con un misuratore di portata controllato digitalmente a un tubo collegato a una delle porte di ingresso. I misuratori di portata del gas possono essere controllati manualmente o da un computer. - Accelera il gas N2 a una velocità costante di 2,8 cm∙min–1 dopo lo spurgo di 30 minuti.
- Programmare il forno per aumentare la temperatura linearmente da 20 a 369 °C nel corso di 68 minuti, tenere premuto a 369 °C per 5 ore, salire linearmente da 369 a 584 °C nel corso di 105 minuti e quindi spegnere.
- Avviare il programma del forno mentre il gas N2 continua a fluire.
- Arrestare manualmente il flusso di gas N2dopo la tenuta della temperatura di 5 ore e convogliare l'aria respirabile a 2,8 cm∙min–1.
NOTA: il passaggio 1.17 può essere ottenuto collegando un serbatoio di aria respirabile (non aria sintetica) con un misuratore di portata controllato digitalmente a un tubo collegato a una porta d'ingresso aggiuntiva. - Una volta che il programma di riscaldamento si ferma, lasciare raffreddare il forno a temperatura ambiente senza raffreddamento attivo, ma mantenere l'aria respirabile che scorre.
- Rimuovere le spugne Zn raffreddate e vederle e/o levigarle alle dimensioni desiderate.
NOTA: è possibile utilizzare una varietà di strumenti di segatura come seghe rotanti portatili o seghe a nastro verticali. Abrasivi o dischi diamantati sono appropriati.
2. Un metodo acquoso per creare elettrodi di spugna Zn
- Aggiungere 10,5 ml di acqua deionizzata a un becher di vetro da 100 ml.
- Mescolare 0,120 ± 0,001 g di gomma di cellulosa ad alta viscosità solubile in acqua, nota anche come sale sodico carbossimetilcellulosa (CMC).
NOTA: utilizzare utensili di agitazione in plastica o rivestiti in plastica. Mescolare con strumenti con una superficie metallica può influire negativamente sulle spugne Zn risultanti. - Vortice e mescolare questa miscela a mano per 5 minuti o fino a quando il CMC è sciolto.
- Mescolare 2.400 ± 0,001 g di amido di mais mentre si vorticosa per altri 2 minuti.
- Mescolare 120,00 ± 0,01 g di polvere di Zn (dimensione media delle particelle di 50 μm, contenente 307 ppm di bismuto e 307 ppm di indio per la soppressione della corrosione) mentre si vortica per altri 2 minuti.
- Premere la pasta Zn risultante nelle cavità dello stampo desiderate.
NOTA: le dimensioni e la forma dello stampo possono variare. Esperimenti passati6 utilizzano con successo stampi cilindrici con diametri vicini a 10 mm. Riempire la pasta Zn fino a un'altezza di 50 mm o meno. La pasta acquosa di Zn è più secca della pasta di emulsione Zn, quindi la versione acquosa può essere utilizzata per realizzare spugne più grandi che richiedono meno tempo di asciugatura. Più corta è l'altezza, più breve è il tempo di asciugatura richiesto. Lo stampo deve essere in grado di dividersi a metà poiché la pasta acquosa di Zn si contrae minimamente dopo l'essiccazione, a differenza della pasta di emulsione Zn. Il burro non salato può essere utilizzato per lubrificare gli stampi prima di premere nella pasta acquosa di Zn per aiutare nello slittidamento. La Figura 1A mostra gli stampi lavorati su misura confezionati con pasta Zn seguendo il protocollo acquoso. La Figura 1B mostra l'involucro a rete fatto a mano, il supporto in allumina dentellato e la spugna Zn risultante realizzata con il metodo a base acquosa. - Lasciare asciugare gli stampi riempiti di pasta Zn per una notte a 70 °C all'aria aperta in un forno.
- Seguire le stesse fasi di manipolazione e trattamento termico (1.11–1.19) descritte per il metodo a base di emulsione.
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Representative Results
Le spugne Zn a base di emulsione, completamente trattate termicamente, hanno densità di 2,8 g∙cm–3 mentre le spugne a base acquosa si avvicinano a 3,3 g∙cm–3. Durante il riscaldamento sotto l'aria, si forma uno strato di ZnO sulle superfici Zn, che dovrebbe avere uno spessore di 0,5-1,0 μm (osservato usando la microscopia elettronica a scansione)5. Il solido nelle spugne risultanti dovrebbe essere 72% Zn (versione emulsione) o 78% Zn (versione acquosa) con il resto ZnO (misurato mediante diffrazione a raggi X)6. Entrambe le spugne dovrebbero avere porosità vicine al 50%, distribuzioni del diametro dei pori centrate su 10 μm e aree superficiali specifiche di 4,0 m2∙g–1 (misurate tramite porosimetria a intrusione di mercurio)6. La resistenza alla trazione di entrambe le spugne dovrebbe essere 1,1-1,2 MPa (misurata con compressione diametrale)5,6. Notiamo che le spugne dovrebbero essere rigide e fragili. Le sezioni trasversali delle spugne Zn dovrebbero essere simili a quelle mostrate nella Figura 2A,B. Se tutte le proprietà delle spugne fabbricate rientrano negli intervalli forniti, il risultato è positivo; in caso contrario, il risultato è negativo.
Con le proprietà dichiarate, le spugne Zn funzionano bene in batterie correttamente costruite. Le loro prestazioni dipendono anche dal controelettrodo, dall'elettrolita, dal separatore e dalla costruzione della cella; la costruzione di celle complete affidabili esula dallo scopo di questo documento. Per testare la validità elettrochimica delle spugne Zn, si consiglia di raccogliere controelettrodi commerciali da batterie al nichel-metallo idruro5,6. Formare una spugna Zn per avere un diametro di 10 mm e uno spessore di 0,5 mm. Ciclo di questa spugna a 20 mA∙cmgeo–2 (area geometrica) per lo scarico e 10 mA∙cmgeo–2 per la carica in una cella di nichel-zinco come descritto nella letteratura5. Assumendo una costruzione appropriata, l'elettrodo Zn-spugna dovrebbe mostrare stabilità ciclica ad una capacità gravimetrica di 328 mA∙h∙gspugna-1 (per grammo di elettrodo ZnO@Zn-spugna) come mostrato nella Figura 2C, che mappa al 43% di profondità di scarica (il quoziente della capacità di scarica gravimetrica rispetto a ogni atomo di Zn nell'elettrodo diviso per la capacità gravimetrica teorica di Zn). Dopo un ciclo esteso, nessun dendrite viene osservato mediante microscopia elettronica a scansione (Figura 3). La diffrazione a raggi X può essere utilizzata per tracciare lo stato di carica dell'elettrodo Zn-spugna monitorando le riflessioni Zn e ZnO1. Notiamo che la superficie della spugna Zn subisce una ristrutturazione durante il ciclismo. Più profondo è il livello di scarico e maggiore è la durata del ciclo, maggiore è la quantità di ristrutturazione5. Questi fattori contribuiscono alla differenza nella morfologia della superficie mostrata nella Figura 3A,B. Se si raggiunge questa capacità ricaricabile, il risultato è positivo; in caso contrario, il risultato è negativo e potrebbe essere causato dalla spugna Zn, dalla scarsa costruzione cellulare o dal fallimento di altri componenti cellulari.
Figura 1: Spugne di zinco prima e dopo il trattamento termico con il metodo a base acquosa. (A) Foto di stampi lavorati su misura a base di Delrin o poliossimetilene (POM) che viene imballato con pasta di Zn prima che avvenga il riscaldamento. (B) Foto di involucro in rete fatto a mano, supporto in allumina dentellato e spugna Zn risultante dopo il trattamento termico. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Morfologia della spugna di zinco e prestazioni elettrochimiche. Micrografie elettroniche a scansione di spugna Zn a base di emulsione a sezione trasversale (A) e spugna Zn acquosa (B). (C) Tensione rispetto al tempo di una spugna a base di emulsione ciclica in una cella di nichel-zinco scaricata a 20 mA∙cmgeo–2 e caricata a 10 mA∙cmgeo–2 con una capacità gravimetrica di 328 mA∙h∙gspugna–1. Dati adattati da Hopkins et al.5,6. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Gli elettrodi zinco-spugna sopprimono la formazione di dendrite. Spugna Zn a base di emulsione (A) prima e (B) dopo ciclo elettrochimico. Dati adattati da Hopkins et al.5. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
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Discussion
Le modifiche e la risoluzione dei problemi associati a questi protocolli includono il riempimento della pasta di Zn appena miscelata in una cavità dello stampo. Bisogna fare attenzione ad evitare sacche d'aria. I vuoti indesiderati possono essere ridotti picchiettando lo stampo dopo il riempimento o durante il riempimento. Poiché la pasta acquosa di Zn è asciutta, la pressione può essere applicata direttamente alla pasta Zn per spingere fuori le sacche d'aria mentre si riempie la cavità dello stampo.
Una limitazione dei metodi è che la struttura dei pori Zn-spugna è disordinata, ma le dimensioni delle particelle Zn e porogen possono essere utilizzate per alterare la morfologia dei pori. Una spugna Zn più ordinata e potenzialmente più forte e leggera può essere fabbricata utilizzando la produzione additiva. Le proprietà meccaniche ed elettrochimiche delle spugne Zn risultanti, tuttavia, possono essere regolate variando il rapporto di massa Zn-porogen e la dimensione e la forma delle particelle Zn e porogen5,6. Un'altra potenziale limitazione è che la pasta di Zn essiccata può essere fragile, quindi trasferirla in un involucro a rete può essere difficile e limitare le dimensioni della spugna Zn.
Il significato di questi metodi rispetto ai metodi esistenti è che le spugne Zn risultanti raggiungono una lunga durata del ciclo con elevate capacità volumetriche e areali5,6. Le spugne Zn risultanti sono anche meccanicamenterobuste5,6.
Le future applicazioni dei processi potrebbero, in linea di principio, essere adattate per creare altre schiume metalliche per batterie o altre applicazioni. Ad esempio, le schiume di ferro, magnesio o alluminio possono essere utili come anodi per batterie metallo-aria25,26,27. Gli elettrodi Zn-spugna, in particolare, possono essere utilizzati per creare batterie per una vasta gamma di applicazioni che includono dispositivi indossabili, archiviazione della rete, elettronica personale, veicoli elettrici e aviazione elettrica28.
Un passaggio critico, che può anche richiedere modifiche o risoluzione dei problemi, è il processo di riscaldamento. Le temperature del forno possono variare. Il tempo di riscaldamento sotto N2, vicino ma al di sotto del punto di fusione di Zn, ricottura le particelle Zn insieme. Il tempo di riscaldamento sotto l'aria brucia il porogen residuo, fonde lo Zn e forma uno strato di ZnO. Se le particelle Zn sembrano fondersi in modo improprio, aumentare il tempo di riscaldamento sotto N2. Se lo strato di ZnO è troppo spesso, ridurre il tempo di riscaldamento sotto l'aria di 10 minuti o più fino a raggiungere lo spessore desiderato di ossido termico.
Notiamo che uno spesso strato di ZnO migliora le proprietà meccaniche della spugna Zn ma diminuisce anche la capacità immediatamente utilizzabile dell'elettrodo Zn. L'elettrodo Zn può essere caricato convertendo elettrochimicamente ZnO in Zn metallico. Tuttavia, il ciclo stabile al 40% di profondità di scarica può essere raggiunto senza alcuna precarica5. Se lo strato ZnO è troppo sottile, la spugna Zn può sgretolarsi durante la manipolazione5.
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Disclosures
J.F.P., D.R.R. e J.W.L. detengono brevetti relativi agli elettrodi di zinco: brevetti statunitensi n. 9802254, 10008711, 10720635 e 10763500, brevetto UE n. 2926395 e brevetto cinese n. 104813521.
Acknowledgments
Questa ricerca è stata finanziata dall'Office of Naval Research degli Stati Uniti.
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.
