Summary
O objetivo dos protocolos relatados é criar eletrodos recarregáveis de zinco-esponja que suprimem dendritos e mudam de forma em baterias de zinco, como níquel-zinco ou zinco-ar.
Abstract
Relatamos dois métodos para criar eletrodos de esponja de zinco que suprimem a formação de dendrite e a mudança de forma para baterias de zinco recarregáveis. Ambos os métodos são caracterizados pela criação de uma pasta feita de partículas de zinco, porogen orgânico e agente de aumento da viscosidade que é aquecido sob um gás inerte e, em seguida, ar. Durante o aquecimento sob o gás inerte, as partículas de zinco se juntam, e o porogen se decompõe; sob o ar, os fusíveis de zinco e os orgânicos residuais queimam, produzindo uma espuma de metal de célula aberta ou esponja. Nós ajustamos as propriedades mecânicas e eletroquímicas das esponjas de zinco por variadas proporções de massa zinco-porogen, tempo de aquecimento sob gás e ar inertes, e tamanho e forma das partículas de zinco e porógeno. Uma vantagem dos métodos relatados é sua capacidade de ajustar finamente a arquitetura zinco-esponja. O tamanho e a forma selecionados das partículas de zinco e porogen influenciam a morfologia da estrutura dos poros. Uma limitação é que as esponjas resultantes possuem estruturas de poros desordenadas que resultam em baixa resistência mecânica em frações de baixo volume de zinco (<30%). As aplicações para estes eletrodos de esponja de zinco incluem baterias para armazenamento em grade, eletrônicos pessoais, veículos elétricos e aviação elétrica. Os usuários podem esperar que os eletrodos de esponja de zinco pedalem até 40% de profundidade de descarga a taxas tecnologicamente relevantes e capacidades areais sem a formação de dendritos separadores-perfurantes.
Introduction
O objetivo dos métodos de fabricação relatados é criar eletrodos de esponja de zinco (Zn) que suprimem a formação de dendrite e a mudança de forma. Historicamente, esses problemas limitaram a vida útil do ciclo das baterias Zn. Os eletrodos de esponja de zinco resolveram esses problemas, permitindo baterias Zn com vida de ciclo mais longa1,2,3,4,5,6. A estrutura da esponja suprime a formação de dendrite e a mudança de forma porque (1) a estrutura zn fundida fios eletricamente todo o volume da esponja; (2) os poros seguram zincato perto da superfície zn-esponja; e (3) a esponja possui uma área de superfície elevada que diminui a densidade de corrente local abaixo dos valores identificados para brotar dendritos em eletrólitos alcalinos7. No entanto, se a área da superfície da esponja for muito alta, a corrosão substancial ocorre5. Se os poros de esponja forem muito grandes, a esponja terá uma baixa capacidade volumosa5. Além disso, se os poros de esponja forem muito pequenos, o eletrodo ZN terá eletrólito insuficiente para acessar Zn durante a descarga, resultando em baixa potência e capacidade5,6.
A lógica por trás dos métodos de fabricação relatados é criar esponjas Zn com porosidades de esponja apropriadas e diâmetros de poros. Experimentalmente, descobrimos que as esponjas Zn com porosidades de 50 a 70% e diâmetros de poros perto de 10 μm ciclo bem em baterias de células cheias e exibem baixas taxas de corrosão5. Notamos que os métodos existentes para a fabricação de espumas metálicas comerciais não conseguem alcançar morfologias semelhantes nestas escalas de comprimento8, de modo que os métodos de fabricação relatados são necessários.
As vantagens dos métodos aqui relatados sobre alternativas são caracterizadas pelo bom controle das características das esponjas e pela capacidade de fabricar esponjas Zn grandes e densas com valores de capacidade areal tecnologicamente relevantes5,6,9,10. Métodos alternativos para criar espumas Zn podem ser incapazes de criar poros comparáveis de 10 μm com porosidades de esponja perto de 50%. Tais alternativas podem, no entanto, exigir menos energia para fabricar, pois evitam etapas de processamento de alta temperatura. Os processos alternativos incluem as seguintes estratégias: partículas Zn de sinterização a frio11,depósito de Zn em estruturas hospedeiras tridimensionais12,13,14,15,16,17, corte de folha de Zn em espumas bidimensionais18, e criação de espumas Zn através de decomposição spinodal19 ou dissolução de percolação20.
O contexto dos métodos relatados no corpo mais amplo da literatura publicada é estabelecido principalmente pelo trabalho de Drillet et al.21. Eles adaptaram métodos de fabricação de cerâmicas porosas para criar uma das primeiras espumas tridimensionais relatadas, embora frágeis, zn para baterias. Esses autores, no entanto, não demonstraram a capacidade de recarga, provavelmente devido à baixa conectividade entre as partículas Zn. Antes dos eletrodos de esponja Zn recarregáveis, a melhor alternativa para um eletrodo de papel alumínio Zn era um eletrodo Zn-powder, no qual o pó Zn é misturado com um eletrólito de gel. Os eletrodos de zinco em pó são usados comercialmente em baterias alcalinas primárias (Zn-MnO2), mas têm baixa capacidade de recarga porque as partículas Zn são passivadas pelo óxido Zn (ZnO), o que pode aumentar a densidade de corrente local que estimula o crescimento dendrite3,22. Notamos que existem outras estratégias de supressão de dendrite que não envolvem espuma ou arquiteturasesponjas 23,24.
Os métodos de fabricação de esponjas Zn relatados requerem um forno de tubo, fontes de ar e gás nitrogênio (N2), e um capuz de fumaça. Todas as etapas podem ser realizadas em um laboratório sem controle ambiental, mas o escapamento do forno do tubo durante o tratamento térmico deve ser canalizado para um capô de fumaça. Os eletrodos resultantes são apropriados para os interessados em criar eletrodos ZN recarregáveis capazes de alta capacidade areal (> 10 mAh cmgeo–2)6.
O primeiro método de fabricação relatado é uma rota baseada em emulsão para criar eletrodos de esponja Zn. A segunda, é uma rota aquosa. Uma vantagem da rota de emulsão é sua capacidade de criar pasta Zn que, quando seca, é fácil de desmold de uma cavidade de molde. Uma desvantagem é sua dependência de materiais caros. Para a rota aquosa, as formas de esponja podem ser desafiadoras para serem desmold, mas este processo usa materiais baratos e abundantes.
Ambos os métodos envolvem a mistura de partículas Zn com um agente porógeno e de aumento da viscosidade. A mistura resultante é aquecida sob N2 e, em seguida, ar de respiração (não ar sintético). Durante o aquecimento sob n2,as partículas Zn anneal e o porogen se decompõem; sob o ar respiratório, as partículas Zn se fundem e o porogen queima. Esses processos produzem espumas metálicas ou esponjas. As propriedades mecânicas e eletroquímicas das esponjas Zn podem ser ajustadas pela variada relação de massa Zn-to-porogen, tempo de aquecimento sob N2 e ar, e tamanho e forma das partículas Zn e porogen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Um método baseado em emulsão para criar eletrodos de esponja Zn
- Adicione 2,054 mL de água deionizada a um copo de vidro de 100 mL.
- Adicione 4.565 mL de decana ao béquer.
- Mexa 0,1000 ± 0,0003 g de sulfato de dodecyl de sódio (SDS) até dissolver.
- Mexa em 0,0050 ± 0,0003 g de celulose de carcelulose de viscose média solúvel em água (CMC) à mão por 5 min ou até que o CMC esteja totalmente dissolvido.
NOTA: Use ferramentas de agitação revestidas de plástico ou plástico. Mexer com ferramentas com uma superfície metálica pode afetar negativamente as esponjas Zn resultantes. - Mexa em 0,844 ± 0,002 g de resina de celulose de carboximetila pré-inchada insolúvel.
NOTA: Este tipo de resina insolúvel em água é cara (US$ 420 kg–1)6. - Mexa esta mistura a 1.000 rpm por 5 min usando um agitador de pás aéreo equipado com uma pá de plástico.
- Despeje 50 g de pó Zn (tamanho médio de partícula de 50 μm, contendo 307 ppm de bismuto e 307 ppm de índio para supressão de corrosão) no béquer enquanto o agitador aéreo continua a girar a 1.000 rpm.
- Continue mexendo a pasta Zn por mais 5 min na mesma taxa, 1.000 rpm.
- Pare o agitador, remova o béquer e exacar a mistura colocando o béquer e seu conteúdo sob vácuo por 5 minutos em um dessecador à temperatura ambiente.
- Poro a pasta Zn em moldes de polipropileno (~10 mm de diâmetro e ~5 mm de altura) e deixe-os secar ao ar livre durante a noite. A forma do molde dita a forma da pasta seca e as esponjas Zn resultantes.
NOTA: O tamanho e a forma do molde podem variar. Experimentos passados5 usam com sucesso moldes cilíndricos com diâmetros próximos a 10 mm. Encha a pasta Zn até uma altura de 5 mm ou menos. Quanto menor a altura, menor o tempo de secagem necessário. Consulte Tabela de Materiais para moldes disponíveis comercialmente. - Remova cuidadosamente as preformas da pasta Zn seca dos moldes e coloque-as em uma carcaça de malha que repousa sobre um suporte de alumina entalhado5,6.
NOTA: Fabricar invólucro de malha, por exemplo, dobrando uma folha de latão perfurado em um cilindro com um diâmetro ligeiramente maior do que o diâmetro desejado do eletrodo zn-esponja. Pulverize a folha de metal perfurada com lubrificante de nitreto de boro após dobrar em uma forma desejada. - Coloque o conjunto em um forno de tubo (67 mm de diâmetro) com portas para fluir gás dentro e fora do tubo.
NOTA: Use uma porta (a porta de entrada) para canalizar gás no forno. Use o outro (a porta de saída) para liberar gás do forno do tubo em um capô de fumaça. - Tubo N2 gás no forno por 30 min a uma taxa de 5,7 cm∙min–1 para limpar o forno de ar.
NOTA: O passo 1.13 pode ser alcançado conectando um tanque de gás N2 com um medidor de fluxo controlado digitalmente a um tubo conectado a uma das portas de entrada. Os medidores de fluxo de gás podem ser controlados manualmente ou por um computador. - Estrangule o gás N2 a uma taxa constante de 2,8 cm∙min–1 após o expurgo de 30 minutos.
- Programe o forno para aumentar a temperatura linearmente de 20 para 369 °C ao longo de 68 min, mantenha a 369 °C por 5 h, suba linearmente de 369 para 584 °C ao longo de 105 min e, em seguida, desligue.
- Inicie o programa de forno enquanto o gás N2 continua a fluir.
- Pare manualmente o fluxo de gás N2após o porão de temperatura de 5h e o tubo no ar respiratório a 2,8 cm∙min–1.
NOTA: O passo 1.17 pode ser alcançado conectando um tanque de ar respirando (não ar sintético) com um medidor de fluxo controlado digitalmente a um tubo conectado a uma porta de entrada adicional. - Uma vez que o programa de aquecimento pare, deixe o forno esfriar até a temperatura ambiente sem resfriamento ativo, mas mantenha o ar de respiração fluindo.
- Remova as esponjas Zn resfriadas e as vi e/ou lixe-as para as dimensões desejadas.
NOTA: Uma variedade de ferramentas de serragem pode ser usada, como serras rotativas portáteis ou serras de banda vertical. Lâminas abrasivas ou de diamante são apropriadas.
2. Um método baseado em aquoso para criar eletrodos de esponja Zn
- Adicione 10,5 mL de água deionizada a um copo de vidro de 100 mL.
- Mexa em 0,120 ± 0,001 g de goma de celulose solúvel de alta viscose, também conhecida como sal de sódio de celulose carboximetil (CMC).
NOTA: Use ferramentas de agitação revestidas de plástico ou plástico. Mexer com ferramentas com uma superfície metálica pode afetar negativamente as esponjas Zn resultantes. - Vórtice e mexa esta mistura à mão por 5 minutos ou até que o CMC seja dissolvido.
- Mexa 2.400 ± 0,001 g de amido de milho enquanto o vórtice por mais 2 minutos.
- Mexa em 120,00 ± 0,01 g de pó Zn (tamanho médio de partícula de 50 μm, contendo 307 ppm de bismute e 307 ppm de índio para supressão de corrosão) enquanto vórtice por mais 2 min.
- Pressione a pasta Zn resultante nas cavidades de molde desejadas.
NOTA: O tamanho e a forma do molde podem variar. Experimentos passados6 usam com sucesso moldes cilíndricos com diâmetros próximos a 10 mm. Encha a pasta Zn até uma altura de 50 mm ou menos. A pasta Aquosa Zn é mais seca que a pasta Zn emulsion, de modo que a versão aquosa pode ser usada para fazer esponjas maiores que requerem menos tempo de secagem. Quanto menor a altura, menor o tempo de secagem necessário. O molde precisa ser capaz de dividir ao meio, pois a pasta aquosa Zn minimamente contrai após a secagem, ao contrário da pasta Zn emulsiona. A manteiga sem sal pode ser usada para lubrificar os moldes antes de pressionar na pasta aquosa Zn para ajudar na desmoldagem. A Figura 1A mostra os moldes personalizados embalados com pasta Zn seguindo o protocolo aquoso. A Figura 1B mostra o invólucro de malha feito à mão, o suporte de alumina entalhado e a esponja Zn resultante feita usando o método aquoso. - Deixe os moldes cheios de pasta Zn secarem durante a noite a 70 °C ao ar livre em um forno.
- Siga as mesmas etapas de manuseio e tratamento térmico (1.11-1.19) descritas para o método baseado em emulsão.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Resultantes, totalmente tratadas pelo calor, esponjas Zn baseadas em emulsão têm densidades de 2,8 g∙cm–3 enquanto esponjas baseadas em aquosos se aproximam de 3,3 g∙cm–3. Durante o aquecimento sob o ar, uma camada de ZnO se forma nas superfícies Zn, que deve ter uma espessura de 0,5-1,0 μm (observada usando microscopia eletrônica de varredura)5. O sólido nas esponjas resultantes deve ser de 72% Zn (versão emulsion) ou 78% Zn (versão aquosa) com o restante sendo ZnO (medido por difração de raios-X)6. Ambas as esponjas devem ter porosidades próximas a 50%, distribuições de diâmetro de poros centrados em 10 μm e áreas de superfície específicas de 4,0 m2∙g–1 (medida via porosimetria de intrusão de mercúrio)6. A resistência à tração de ambas as esponjas deve ser de 1,1-1,2 MPa (medido com compressão diametral)5,6. Notamos que as esponjas devem ser rígidas e quebradiças. As seções transversais das esponjas Zn devem ser semelhantes às mostradas na Figura 2A,B. Se todas as propriedades das esponjas fabricadas se enquadrarem nas faixas fornecidas, o resultado é positivo; se não, o resultado é negativo.
Com as propriedades indicadas, as esponjas Zn pedalam bem em baterias devidamente construídas. Seu desempenho também depende do eletrodo de balcão, eletrólito, separador e construção celular; a construção de células completas confiáveis está além do escopo deste artigo. Para testar a validade eletroquímica das esponjas Zn, recomendamos a colheita de eletrodos comerciais de contadores comerciais das baterias de níquel-hidreto metálico5,6. Modele uma esponja Zn para ter um diâmetro de 10 mm e 0,5 mm de espessura. Pedale esta esponja a 20 mA∙cmgeo–2 (área geométrica) para descarga e geo de 10 mA∙cm–2 para carga em uma célula de níquel-zinco como descrito na literatura5. Assumindo a construção adequada, o eletrodo zn-esponja deve apresentar estabilidade de ciclismo a uma capacidade gravimétrica de 328 mA∙h∙gesponja-1 (por grama de eletrodo de ZnO@Zn esponja) como mostrado na Figura 2C,que mapeia até 43% de profundidade de descarga (o quociente da capacidade de descarga gravimétrica em relação a cada átomo de Zn no eletrodo teórico dividido pela capacidade teórica de gravimétrica de Zn). Após o ciclismo extensivo, nenhum dendrito é observado por microscopia eletrônica de varredura(Figura 3). A difração de raios-X pode ser usada para rastrear o estado de carga do eletrodo zn-esponja monitorando reflexos Zn e ZnO1. Notamos que a superfície da esponja Zn passa por uma reestruturação durante o ciclismo. Quanto maior o nível de alta e maior a vida útil do ciclo, maior a quantidade de reestruturação5. Esses fatores contribuem para a diferença na morfologia superficial mostrada na Figura 3A,B. Se essa capacidade recarregável for alcançada, o resultado é positivo; se não, o resultado é negativo e pode ser causado pela esponja Zn, má construção celular ou falha de outros componentes celulares.
Figura 1: Esponjas de zinco antes e depois do tratamento térmico usando o método aquoso à base. (A) Foto de moldes personalizados feitos de Delrin ou polioximetileno (POM) que é embalado com pasta Zn antes do aquecimento ocorrer. (B) Foto de invólucro de malha feito à mão, suporte de alumina entalhado e esponja Zn resultante após o tratamento térmico. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: Morfologia zinco-esponja e desempenho eletroquímico. Escaneando micrografos eletrônicos de esponja Zn baseada em emulsão transversal(A)e(B)esponja Zn baseada em aquoso. (C) Tensão versus tempo de uma esponja à base de emulsão ciclou-se em uma célula de níquel-zinco descarregada a 20 mA∙cmgeo–2 e carregada a 10 mA∙cmgeo–2 com uma capacidade gravimétrica de 328 mA∙h∙gesponja–1. Dados adaptados de Hopkins et al.5,6. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: Eletrodos de esponja de zinco suprimem a formação de dendrite. Esponja Zn baseada em emulsão (A) antes e (B) após ciclismo eletroquímico. Dados adaptados de Hopkins et al.5. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Modificações e solução de problemas associadas a esses protocolos incluem o preenchimento da pasta Zn recém-misturada em uma cavidade de molde. Deve-se tomar cuidado para evitar bolsões de ar. Os vazios indesejados podem ser diminuídos tocando no molde após o preenchimento ou durante o preenchimento. Como a pasta Zn aquosa está seca, a pressão pode ser aplicada diretamente na pasta Zn para empurrar os bolsos de ar enquanto enche a cavidade do molde.
Uma limitação dos métodos é que a estrutura de poros de esponja Zn é desordenada, mas os tamanhos de partículas Zn e porogen podem ser usados para alterar a morfologia dos poros. Uma esponja Zn mais ordenada e potencialmente mais forte pode ser fabricada usando fabricação aditiva. As propriedades mecânicas e eletroquímicas das esponjas Zn resultantes, no entanto, podem ser ajustadas pela variada relação de massa Zn-porogen e o tamanho e forma das partículas Zn e porogen5,6. Outra limitação potencial é que a pasta de Zn seca pode ser frágil, portanto transferi-la para uma carcaça de malha pode ser um desafio e limitar o tamanho da esponja Zn.
A importância desses métodos em relação aos métodos existentes é que as esponjas Zn resultantes atingem vida útil de ciclo longo com altas capacidades volumétricas e areais5,6. As esponjas Zn resultantes também são mecanicamente robustas5,6.
Aplicações futuras dos processos poderiam, em princípio, ser adaptadas para criar outras espumas metálicas para baterias ou outras aplicações. Por exemplo, espumas de ferro, magnésio ou alumínio podem ser úteis como ânodos para baterias de metal-ar25,26,27. Os eletrodos de esponja ZN, em particular, podem ser usados para criar baterias para uma gama de aplicações que incluem wearables, armazenamento em grade, eletrônicos pessoais, veículos elétricos e aviação elétrica28.
Uma etapa crítica, que também pode exigir modificação ou solução de problemas, é o processo de aquecimento. As temperaturas do forno podem variar. O tempo de aquecimento abaixo de N2, perto, mas abaixo do ponto de fusão de Zn, reúne as partículas Zn. O tempo de aquecimento sob o ar queima o porogen residual, funde o Zn, e forma uma camada ZnO. Se as partículas Zn parecerem estar se fundindo incorretamente, aumente o tempo de aquecimento sob N2. Se a camada ZnO for muito grossa, diminua o tempo de aquecimento sob o ar em 10 minutos ou mais até que a espessura desejada do óxido térmico seja alcançada.
Notamos que uma camada espessa de ZnO aumenta as propriedades mecânicas da esponja Zn, mas também diminui a capacidade imediatamente útil do eletrodo Zn. O eletrodo Zn pode ser carregado convertendo eletroquimicamente ZnO em Zn metálico. No entanto, o ciclismo estável a 40% de profundidade de descarga pode ser alcançado sem qualquer pré-carga5. Se a camada ZnO estiver muito fina, a esponja Zn pode desmoronar durante o manuseiode 5.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
J.F.P., D.R.R., e J.W.L. possuem patentes relacionadas a eletrodos de zinco: patentes dos EUA 9802254, 10008711, 10720635 e 10763500, patente da UE no 2926395 e patente da China no. 104813521.
Acknowledgments
Esta pesquisa foi financiada pelo Escritório de Pesquisa Naval dos Estados Unidos.
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.
