ТҰРАҚТЫ СУЛЫ МЫРЫШ-ИОНДЫҚ АККУМУЛЯТОРЛАР ҮШІН ZNSO₄-LI₂SO₄ ЭЛЕКТРОЛИТТЕРІН ОҢТАЙЛАНДЫРУ

Сулы мырыш-ионды батареялар (AZIBs) қауіпсіз, арзан және экологиялық таза энергия сақтау жүйелерінің болашағы зор түрлерінің бірі болып саналады. Алайда, мырыш анодының тұрақсыздығы, соның ішінде бақылаусыз дендриттік өсу, сутегінің бөлінуі және мырыштың қайтымсыз қапталу/шығарылу процестері олардың ауқымды қолданылуына кедергі келтіреді. Бұл мәселелер сыйымдылықтың тез төмендеуіне және қызмет ету мерзімінің қысқаруына әкеледі. Осыған байланысты электролитті оңтайландыру анодты тұрақтандырудың қарапайым әрі тиімді тәсілі ретінде ерекше мәнге ие. Жұмыстың мақсаты – әртүрлі құрамдағы ZnSO₄–Li₂SO₄ электролиттерінің (2 M ZnSO₄, 1.5 M ZnSO₄ + 0.5 M Li₂SO₄, 0.5 M ZnSO₄ + 1.5 M Li₂SO₄, 1 M ZnSO₄ + 1 M Li₂SO₄ және 2 M Li₂SO₄) мырыш анодына әсерін жүйелі түрде зерттеу. Электрохимиялық сипаттамалар циклдік вольтамметрия (CV), гальваностатикалық заряд-разряд сынақтары арқылы зерттелді, ал циклдеуден кейін анод бетінің морфологиясы сканерлеуші электрондық микроскопия (СЭМ) әдісімен талданды. Нәтижелер ZnSO₄ электролитіне Li₂SO₄ тұзын енгізу Zn²⁺ иондарының сольватациялық ортасын өзгертетінін көрсетті, соның арқасында мырыштың қайтымдылығы артып, дендриттердің түзілуі бәсеңдеді. Әсіресе, аралас электролиттер бір компонентті жүйелермен салыстырғанда төмен поляризацияны және айқынырақ кернеу қисықтарын көрсетті. Олардың ішінде 1 M ZnSO₄ + 1 M Li₂SO₄ теңмолярлы құрамы ең оңтайлы нәтижелерге қол жеткізді: тұрақты циклдеу, төмен интерфейстік кедергі және біртекті, дендритсіз морфология. Осылайша, электролиттік инженерия мырыш анодтарын тұрақтандырудың тиімді әдісі болып табылады және болашақта сулы мырыш-ионды батареяларды ірі көлемді энергия сақтау мақсатында дамытуға жаңа мүмкіндіктер ашады.

1. Tarascon J.-M., Armand M. Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries. Nature, 2001, 414, 359–367. https://doi.org/10.1038/35104644

2. Nitta N., Wu F., Lee J.T., Yushin G. Li-ion battery materials: present and future. Mater. Today, 2015, 18, 252–264. https://doi.org/10.1016/j.mattod.2014.10.040

3. Parker J.F., et al. Rechargeable nickel–3D zinc batteries: An energy-dense, safer alternative to lithiumion. Science, 2017, 356, 415–419. https://doi.org/10.1126/science.aak9991

4. Rakhman D., et al. Polyacrylamide-based hydrogel electrolyte for modulating water activity in aqueous hybrid batteries. RSC Advances, 2024, 14, 40222–40233. https://doi.org/10.1039/D4RA07551J

5. Konarov A., et al. Innovative hydrogel electrolytes for hybrid zinc-ion batteries. Mechanics and Technologies, 2025, 88, 156–164. http://dx.doi.org/10.55956/PXTX1347

6. Pan H., et al. Reversible aqueous zinc/manganese oxide energy storage from conversion reactions. Nat. Energy, 2016, 1, 16039. https://doi.org/10.1038/nenergy.2016.39

7. Zhang N., et al. Rechargeable aqueous zinc–manganese dioxide batteries with high energy and power densities. Nat. Commun., 2017, 81, 405. https://doi.org/10.1038/s41467-017-00467-x

8. Yuan L., et al. Regulation methods for the Zn/electrolyte interphase and the effectiveness evaluation in aqueous Zn-ion batteries. Energy Environ. Sci., 2021, 14, 5669–5689. https://doi.org/10.1039/D1EE02021H

9. Tang B., Shan L., Liang S., Zhou J. Issues and opportunities facing aqueous zinc-ion batteries. Energy Environ. Sci., 2019, 12, 3288–3304. https://doi.org/10.1039/C9EE02526J

10. Zhang Q., et al. Interfacial design of dendrite-free zinc anodes for aqueous zinc-ion batteries. Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59(32), 13180–13191. https://doi.org/10.1002/anie.202000162

11. Zhang P., et al. Zinc dendrite growth and inhibition strategies, Mat. Today Energy, 2021, 20, 100692. https://doi.org/10.1016/j.mtener.2021.100692

12. Guo X., et al. Alleviation of dendrite formation on zinc anodes via electrolyte additives. ACS Energy Lett., 2021, 6, 395–403. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02371

13. Dai H., et al. Unraveling chemical origins of dendrite formation in zinc-ion batteries. Nat. Commun., 2024, 15, 5123. https://doi.org/10.1038/s41467-024-52651-5

14. Zhang N., Chen X., Yu M., Niu Z. Materials chemistry for rechargeable zinc-ion batteries. Chem. Soc. Rev., 2020, 49(13), 4203–4219. https://doi.org/10.1039/C9CS00349E

15. Ju Z., et al. Interfacial chemistry in multivalent aqueous batteries: fundamentals, challenges, and advances. Chem. Soc. Rev., 2024, 53(18), 6290–6335. https://doi.org/10.1039/D4CS00474D

16. Zeng X., Zhang X., Qin H., et al. Dendrite-Free Zinc Deposition Induced by a Tridimensional Host for Stable Zinc-Ion Batteries. Adv. Mater., 2021, 33, 2007416. https://doi.org/10.1002/adma.202007416

17. Zhangxing H., et al Electrolyte additive engineering for aqueous Zn ion batteries, Energy Storage Materials, 2022, 51, 733 – 755. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.07.017

18. Yang J., Yin B., Sun Y., et al. Zinc Anode for Mild Aqueous Zinc-Ion Batteries: Challenges, Strategies, and Perspectives. Nano-Micro Lett., 2022, 14, 1029 (Article 78). https://doi.org/10.1007/s40820-021-00782-5

19. Kurmanbayeva I., et al. Tetrapropylammonium Hydroxide as a Zinc Dendrite Growth Suppressor for Rechargeable Aqueous Battery. Front. Energy Res., 2020, 8, 599009. https://doi.org/10.3389/fenrg.2020.599009

20. Yesibolati N., et al. High performance Zn/LiFePO₄ aqueous rechargeable battery for large scale applications. Electrochim. Acta, 2015, 152, 505–511. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2014.11.168

21. Shi, X., Xie, J., Wang, J. et al. A weakly solvating electrolyte towards practical rechargeable aqueous zinc-ion batteries. Nat Commun 2024, 15, 302. https://doi.org/10.1038/s41467-023-44615-y

22. Shen, Q.; Wang, Y.; Han, G.; Li, X.; Yuan, T.; Sun, H.; Gong, Y.; Chen, T. Recent Progress in Electrolyte Additives for Highly Reversible Zinc Anodes in Aqueous Zinc Batteries. Batteries 2023, 9, 284. https://doi.org/10.3390/batteries9050284

23. Kong J. et al. Highly improved aqueous Zn‖ LiMn 2 O 4 hybrid-ion batteries using poly (ethylene glycol) and manganese sulfate as electrolyte additives //Sustainable Energy & Fuels, 8(4), 826-836 (2024). https://doi.org/10.1039/D3SE01295F