Батареяи ҷараёнии гибридии руҳ–йод (zinc–iodine hybrid flow battery, ZIHFB), батареяи ҷараёнии гибридии обӣ мебошад, ки дар нимҳуҷайраи манфӣ ҳангоми пуркунӣ ионҳои Zn²⁺ ҳамчун руҳи металлӣ рӯи электроди сеандоза таҳшин мешаванд ва дар нимҳуҷайраи мусбат химияи редоксии йодид/полийодид истифода мешавад. Ин таҳқиқ пайдоиши физикии падидаи таназзули voltaic bulge-ро дар як ҳуҷайраи ягонаи миқёси лабораторӣ омӯхтааст; ин падида дар иқтидори баланди сатҳии электроди манфӣ ба вуҷуд омада, дар шиддати пуркунӣ аввал ҳамчун болоравии тез ва баъд ҳамчун коҳиши ногаҳонӣ мушоҳида мешавад.

Муҳаққиқон ҳолати зарядро (state of charge, SoC), ҳаҷм ва таркиби электролити манфиро ба таври систематикӣ тағйир дода; бо сохторҳои стандартӣ ва тағйирдодашудаи ҳуҷайра таҷриба гузаронида; спектроскопияи импеданси электрохимиявӣ (EIS), даврҳои пуркунӣ–холӣкунӣ, томографияи микро-компютерӣ (mCT), тасвирбардории оптикии конфокалӣ ва санҷиши герметикии мембрана бо коҳиши фишорро якҷоя истифода бурданд.

Натиҷаҳо нишон доданд, ки ҳангоми таҳшин кардани миқдори зиёди Zn руҳ дар тамоми ҳаҷми электроди намади графитӣ яксон тақсим намешавад. Zn махсусан дар минтақаи борики наздики мембранаи мубодилаи катионӣ ҷамъ шуда, қабати зич ташкил медиҳад. Ин қабат масоҳати самараноки буришро, ки тавассути он ионҳо метавонанд ба қисми боқимондаи электроди манфӣ расанд, кам мекунад. Бо маҳдуд шудани интиқоли ион зичии ҷараёни маҳаллӣ меафзояд, афзоиши дендритҳои Zn тақвият меёбад ва дендритҳо метавонанд мембранаи мубодилаи катиониро сӯрох карда, ба таназзули барнагардондаи ҳуҷайра оварда расонанд.

Дар сохтори стандартии ҳуҷайра voltaic bulge барои ин системаи таҷрибавӣ одатан дар ҳудуди критикии тақрибан 115–130 mAh cm⁻²-и \(Q_{\mathrm{areal}}\) пайдо шудааст. Таҳлили микро-CT нишон дод, ки порозияти намади графитии манфӣ дар минтақаи 0–0,09 mm-и ҳамсояи мембрана аз 0,935 дар ҳолати ибтидоӣ то тақрибан 0,30 ҳангоми боркунии Zn бе bulge-и намоён ва то 0,15 дар шароити bulge коҳиш ёфтааст.

Таҷрибаҳои беҳсозӣ нишон доданд, ки танҳо аз нав омехта кардани электролитҳо ё иваз кардани онҳо бо электролити тару тоза ҳуҷайраи осебдидаро ба кори пешина барнамегардонад. Вақте мембранаи мубодилаи катионӣ нав карда шуд, coulombic efficiency (CE) тақрибан ба %90 баргашт, ки нақши марказии осеби мембранаро дар талафоти барнагардондаи кор тасдиқ мекунад. Бо вуҷуди ин, ҳангоми идома додани шароити боркунии баланди Zn дар мембранаи нав низ voltaic bulge боз пайдо шуд.

Дар байни стратегияҳои санҷидашуда кори устувори миёнамуҳлат бо маҳдуд кардани қимати максималии пуркунии \(Q_{\mathrm{areal}}\) ба 80 mAh cm⁻², маҳдуд кардани шиддати пуркунӣ ба 1,55 V ва пайваст кардани ду зарфи электролит бо пайванди борики гидравликӣ таъмин гардид. Системаи лаборатории оптимизатсияшуда дар 100 mA cm⁻² CE ≥ %95, самаранокии энергия (EE) > %83 ва талафоти иқтидор ба миқдори %0,02 барои ҳар даврро нишон дод.

Ин натиҷаҳо умри дарозмуддати саҳроии системаи тиҷоратии ZIHFB-ро исбот намекунанд. Таҳқиқ ба як ҳуҷайраи лабораторӣ, геометрияи мушаххаси намади графитӣ/CEM, таркиби мушаххаси электролит ва ҳарорати кори 40 °C тааллуқ дорад. Механизми бадастомада барои шарҳи падидаи voltaic bulge дар ин система ва роҳнамоӣ ба тарҳҳои ояндаи ҳуҷайра, ки метавонанд ба иқтидори сатҳии баландтар расанд, таҳия шудааст.

Батареяи ҷараёнии гибридӣ чист?

Дар батареяҳои ҷараёнии редокс моддаҳои фаъол асосан дар электролитҳои моеъи дар зарфҳои беруна ҷойгиршуда нигоҳ дошта шуда, бо насосҳо аз дохили ҳуҷайраи электрохимиявӣ гузаронда мешаванд. Қудрат асосан бо масоҳати ҳуҷайра/stack ва иқтидори энергия бо миқдори электролит ва консентратсияи моддаи фаъол масштаб карда мешавад.

Дар батареяи ҷараёнии гибридӣ бошад, нигоҳдории энергия дар ҳадди ақал як нимҳуҷайра танҳо тавассути намудҳои ҳалшудаи редокс ба амал намеояд. Дар ZIHFB дар нимҳуҷайраи манфӣ ионҳои Zn²⁺ ҳангоми пуркунӣ ҳамчун Zn-и металлӣ дар дохили электрод рӯйпӯш мешаванд ва ҳангоми холӣкунӣ боз ҳал мешаванд.

Аз ин рӯ иқтидори ZIHFB ҳам бо миқдори моддаи фаъол дар электролит ва ҳам бо миқдори Zn, ки метавонад дар дохили электроди манфӣ бехатар ва баргардон нигоҳ дошта шавад, маҳдуд аст.

Электрохимияи асосии системаи руҳ–йод

Реаксияи асосии таҳшиншавӣ/ҳалшавии Zn дар нимҳуҷайраи манфӣ дар манбаъ ҳамчун Муодилаи (1) дода шудааст:

\[ \mathrm{Zn^{2+}+2e^- \rightleftharpoons Zn^0} \qquad E^\circ=-0.763\ \mathrm{V\ vs.\ NHE} \]

Ҳангоми пуркунӣ реаксия ба тарафи рост пеш меравад ва Zn²⁺-и ҳалшуда ҳамчун Zn-и металлӣ дар электроди манфӣ таҳшин мешавад. Ҳангоми холӣкунӣ самт баръакс шуда, Zn-и металлӣ боз ба иони Zn²⁺ табдил меёбад.

Дар нимҳуҷайраи мусбат табдили йодид ба йод:

\[ \mathrm{2I^- \rightleftharpoons I_2+2e^-} \]

мебошад.

I₂-и ҳосилшуда бо I⁻-и зиёдатӣ комплекс шуда, трийодиди ҳалшавандагиаш баландтарро ташкил медиҳад:

\[ \mathrm{I_2+I^- \rightleftharpoons I_3^-} \]

Ҳангоми якҷоя кардани ин ду марҳила манбаъ Муодилаи (4)-ро:

\[ \mathrm{3I^- \rightleftharpoons I_3^-+2e^-} \qquad E^\circ=0.534\ \mathrm{V\ vs.\ NHE} \]

ба ин шакл медиҳад.

Аз сабаби ин стехиометрия яке аз се иони йодид барои нигоҳ доштани I₂-и ҳосилшуда дар шакли I₃⁻ дар маҳлул истифода мешавад; бинобар ин манбаъ қайд мекунад, ки ҳамаи йоди электролит мустақиман дар реаксияи нигоҳдории энергия бо ду электрон иштирок намекунад.

Чаро трийодид метавонад барои Zn мушкил эҷод кунад?

Трийодид оксидкунандаи қавӣ аст ва метавонад бо Zn-и металлӣ реаксияи мустақими химиявии худхолишавӣ диҳад. Манбаъ Муодилаи (5):

\[ \mathrm{Zn^0+I_3^-\rightarrow 3I^-+Zn^{2+}} \]

мебошад.

Дар ин реаксия бе гирифтани ҷараёни муфиди барқ аз батарея тавассути занҷири беруна Zn-и металлӣ аз ҷиҳати химиявӣ ҳал мешавад. Аз ин рӯ гузаштани I₃⁻ ба нимҳуҷайраи манфӣ яке аз механизмҳои худхолишавӣ мебошад, ки қимати coulombic efficiency-ро коҳиш медиҳад.

Бартарии асосӣ ва мушкили асосии иқтидори ZIHFB

Манбаъ иқтидори назариявии ҳаҷмии химияи ZIHFB-ро зиёда аз 250 Ah L⁻¹ ва зичии назариявии энергияро тақрибан 167 Wh dm⁻³ медиҳад. Инҳо нишондиҳандаҳои нави кори дар ин таҳқиқ ченшуда нестанд, балки хусусиятҳои назариявии система дар заминаи адабиёт мебошанд.

Яке аз мушкилоти асосии маҳдудкунандаи иқтидори амалӣ он аст, ки ҳангоми рӯйпӯш шудани миқдори зиёди Zn дар дохили электроди манфӣ таҳшин яксон намемонад. Иқтидори сатҳӣ:

\[ Q_{\mathrm{areal}} \]

нишон дода мешавад ва заряди электрикии нигоҳдошташударо ба ҳар воҳиди масоҳати геометрии электрод ифода мекунад. Дар ин мақола воҳиди он mAh cm⁻² мебошад.

\(Q_{\mathrm{areal}}\)-и баландтар метавонад маънои нигоҳ доштани энергияи бештар аз ҳамон масоҳати ҳуҷайраро дошта бошад; аммо агар таҳшиншавии Zn аз ҳадде, ки интиқоли масса ва геометрияи ҳуҷайра иҷозат медиҳанд, гузарад, таҳшинҳои зич ва дендритӣ пайдо шуда метавонанд.

Чаро морфологияи таҳшиншавии Zn муҳим аст?

Манбаъ дар заминаи адабиёт таҳшиншавии Zn-ро бо се морфологияи умумӣ тавсиф мекунад:

• Mossy: сохтори суст, ковок ва мосмонанди Zn.
• Crystalline/compact: сохтори кристаллӣ/зичи бештар фишурда ва ба сатҳ беҳтар часпанда.
• Dendritic: сохтори дендритии сӯзанмонанд, ки метавонад дар самти муайян афзоиш ёбад.

Зичии ҷараён, суръати ҷараёни электролит ва консентратсияи Zn²⁺ дар маҳлул ба қабати диффузионии наздики электрод ва аз ин рӯ ба морфологияи ҳосилшаванда таъсир мекунанд.

Манбаъ ҳамчунин мафҳуми current density ratio (CDR)-ро ҳамчун нисбати зичии воқеии ҷараён ба зичии ҷараёни маҳдудкунанда муаррифӣ мекунад. Бо наздик шудани ҷараён ба суръати маҳдудкунандаи интиқоли масса ташаккули дендрит метавонад тақвият ёбад. Аз ин рӯ зичии муайяни номиналии ҷараён худ ба худ бехатар ё хатарнок нест; консентратсияи маҳаллии Zn²⁺ ва шароити гидродинамикӣ низ муҳиманд.

Voltaic Bulge Чист ва Мувофиқи Ин Таҳқиқ Чӣ Гуна Ба Вуҷуд Меояд?

Voltaic bulge болоравии тези шиддат ва пас аз он коҳиши ногаҳонии шиддат дар каҷи пуркунии ZIHFB ҳангоми расидан ба иқтидори баланди сатҳии Zn мебошад; дар ин таҳқиқ падида бо маҳдуд шудани интиқоли ион аз сабаби таҳшиншавии зичи Zn дар наздикии мембрана, зиёд шудани зичии ҷараёни маҳаллӣ, афзоиши дендритҳои Zn ва дар ниҳоят сӯрох шудани мембранаи мубодилаи катионӣ шарҳ дода шудааст.

Занҷири таназзул қадам ба қадам

1. Ҳангоми пуркунӣ ионҳои Zn²⁺ дар намади графитии манфӣ ҳамчун Zn таҳшин мешаванд.
2. Таҳшиншавии Zn дар тамоми ҳаҷми намади графитӣ яксон нест; қисми назарраси он дар минтақаи наздики CEM ҷамъ мешавад.
3. Бо зиёд шудани таҳшиншавии Zn ҳаҷми қобили истифодаи ковокиҳои намади графитӣ дар наздикии мембрана кам мешавад.
4. Қабати зичи Zn интиқоли электролит ва ионҳоро ба минтақаҳои дуртари электроди манфӣ маҳдуд мекунад.
5. Азбаски масоҳати самараноки реаксия кам мешавад, зичии ҷараёни маҳаллӣ дар минтақаҳои боқимондаи қобили истифода меафзояд.
6. Наздик шудан ба ҳадди интиқоли масса афзоиши бештар дендритии Zn-ро ташвиқ мекунад.
7. Потенсиали зиёдатии ҳуҷайра якбора меафзояд ва қисми болоравандаи voltaic bulge дар каҷи пуркунӣ ба вуҷуд меояд.
8. Дендритҳои Zn ба самти CEM афзоиш ёфта, метавонанд ба сӯрох кардани мембрана оғоз кунанд.
9. Сӯрох шудани мембрана сохтори электрикӣ/иониро тағйир дода, коҳиши ногаҳонии шиддати ҳуҷайраро ба вуҷуд меорад.
10. I₃⁻ метавонад бо дендритҳои Zn тамос гирифта, онҳоро қисман аз ҷиҳати химиявӣ ҳал кунад ва рафтори кӯтоҳпайвастҳои муваққатиро тағйир диҳад; аммо осеби якхелаи CEM ба талафоти барнагардондаи кор оварда мерасонад.

Чаро voltaic bulge аввал болоравӣ ва баъд коҳиши шиддатро ба вуҷуд меорад?

Вақте қабати зичи Zn интиқоли ионро торафт душвор мекунад, барои нигоҳ доштани ҳамон ҷараён потенсиали зиёдатии баландтари ҳуҷайра лозим мешавад. Аз ин рӯ шиддати пуркунӣ зуд меафзояд.

Манбаъ коҳиши пас аз қуллаи шиддатро эҳтимолан бо тадриҷан сӯрох кардани CEM аз ҷониби дендритҳои Zn мепайвандад. Дар ин нуқта сохтори муқовимати ионӣ/электрикӣ тағйир меёбад. Аммо шиддат комилан ба сифр намефурояд; дар манбаъ метавонад каме поёнтар аз тақрибан 1,5 V бимонад.

Мувофиқи шарҳи муаллифон, дендритҳои Zn, ки аз CEM гузаштаанд, бо I₃⁻ дар электролити мусбат тамос гирифта, қисман ҳал мешаванд. Аз ин рӯ роҳи кӯтоҳпайваст метавонад ҳамчун пули металлии доимӣ ва пайваста амал накунад. Бо вуҷуди ин, сӯрохиҳои физикии дар мембрана ба вуҷудомада доимӣ буда, интихобнокӣ/кори ҳуҷайраро бад мекунанд.

Агар bulge нопадид шавад, оё батарея барқарор шудааст?

Не. Дар манбаъ дида шудааст, ки бо SoC-и баланд дар даврҳои баъдӣ шакли voltaic bulge тадриҷан нопадид шавад ҳам, CE аз тақрибан %85 то %70 коҳиш ёфтанро идома медиҳад. Бинобар ин дигар дида нашудани қуллаи шиддат маънои пурра барқарор шудани мембрана ё ҳуҷайраро надорад.

Ин фарқ хеле муҳим аст: voltaic bulge аломати электрохимиявии намоёнест, ки ҳангоми ба вуҷуд омадани осеби барнагардонда пайдо мешавад; пас аз рух додани осеб ин аломат маҷбур нест дар ҳар давр бо ҳамон шакл такрор шавад.

Чаро Дар Як SoC Дар Як Ҳуҷайра Voltaic Bulge Дида Шуд, Аммо Дар Дигар Ҳуҷайра Не?

Дар таҷрибаҳои манбаъ voltaic bulge танҳо ба фоизи SoC вобаста нест; дар ҳамон ҳадди %80 SoC, 0,07 dm³ неголит бо расидан ба боркунии тақрибан 150 mAh cm⁻² Zn bulge ба вуҷуд овард, дар ҳоле ки 0,05 dm³ неголит дар тақрибан 107 mAh cm⁻² монд ва bulge нишон надод; аз ин рӯ ба хулоса омаданд, ки тағйирёбандаи критикӣ миқдори воқеии Zn-и таҳшиншуда ва \(Q_{\mathrm{areal}}\) мебошад.

SoC ва Qareal як чиз нестанд

State of charge (SoC), дар ин таҳқиқ нисбати иқтидори дар ҳамон лаҳза пуршуда ба иқтидори умумии назариявии Zn²⁺ дар неголит мебошад.

Масалан, ҳар ду ҳуҷайра метавонанд дар %80 SoC бошанд; аммо агар ҳаҷми неголит гуногун бошад, миқдори умумии Zn²⁺ ва аз ин рӯ миқдори умумии Zn-и рӯи электрод таҳшиншуда метавонад гуногун бошад.

\(Q_{\mathrm{areal}}\) бошад заряди мутлақи нигоҳдошташударо, ки ба масоҳати электрод нормализатсия шудааст, ифода мекунад. Аз ин рӯ SoC-и якхела дар миқдори гуногуни неголит метавонад ба қиматҳои гуногуни \(Q_{\mathrm{areal}}\) мувофиқат кунад.

Дар скани стандартии SoC чӣ шуд?

Ҷадвал нишон медиҳад, ки дар %20 ва %40 SoC қимати CE аз %98 боло мондааст; ҳангоми расидан ба %60 SoC, ҳарчанд CE баланд мондааст, самаранокии шиддат ва энергия ба коҳиш оғоз кардааст; дар %80 SoC бошад махсусан дар CE ва EE талафоти назаррас ба вуҷуд омадааст.

CE, VE, EE ва CU чиро ифода мекунанд?

• CE — Coulombic efficiency: нишондиҳандаи самаранокиест, ки арзёбӣ мекунад чӣ қадар аз заряди электрикии ҳангоми пуркунӣ ба система додашуда ҳангоми холӣкунӣ барқарор мешавад. Ба талафот аз худхолишавӣ, реаксияҳои паҳлуӣ ва Zn-и боқимонда ҳассос аст.
• VE — Voltaic efficiency: самаранокии шиддат аст, ки талафоти байни шиддатҳои пуркунӣ ва холӣкуниро арзёбӣ мекунад. Аз муқовимати омӣ, кинетикаи реаксия ва поляризатсияи интиқоли масса таъсир мегирад.
• EE — Energy efficiency: самаранокии умумии энергия аст, ки талафоти заряд ва шиддатро якҷоя инъикос мекунад.
• CU — Capacity utilization: нишон медиҳад, ки иқтидори назариявии неголит дар таҷриба то чӣ андоза истифода шудааст.

Манбаъ мегӯяд, ки ин нишондиҳандаҳо бо истифода аз муносибатҳои стандартӣ ҳисоб шудаанд, аммо дар мақолаи асосӣ муодилаҳои CE/VE/EE аз нав навишта нашудаанд. Аз ин рӯ рақамҳои муодилае, ки дар манбаъ нестанд, дар ин ҷо сохта нашудаанд.

Чаро Zn дар намади графитӣ наздик ба мембрана таҳшин мешавад?

Манбаъ мегӯяд, ки ноқилияти электронии намади графитӣ аз ноқилияти ионии электролит тақрибан як тартиб баландтар аст. Дар таҳқиқ барои намади графитӣ тақрибан 1100 mS cm⁻¹, барои электролит бошад тақрибан 300 mS cm⁻¹ дода шудааст.

Ин фарқи ноқилият ва геометрияи ҳуҷайра ба афзалтар шудани таҳшиншавии электрохимиявии Zn дар минтақаҳои наздик ба мембрана мусоидат мекунад. Илова бар ин, дар минтақаи воридшавии электролит аз сабаби консентратсияи маҳаллии баландтари Zn²⁺ тақсимоти ғайрияксон дар самти ҷараён низ дида шуданаш мумкин аст.

Дар натиҷа, ҳатто агар намади графитии сеандоза аз ҷиҳати назариявӣ ҳаҷми васеи реаксияро таъмин кунад, Zn дар амал метавонад ба тамоми ин ҳаҷм яксон тақсим нашавад.

Ҳисоби порозияти микро-CT

Барои арзёбии тақсимоти Zn аз рӯи зичиҳои микро-CT, таҳқиқ аввал иқтидори таҷрибавиро бо қонуни Faraday ба массаи назариявии Zn табдил додааст; дар ин ҳисоб самаранокии ҷараёни %100 фарз карда шудааст.

Ҳангоми ҳисоб кардани ҳаҷми Zn фарзияи зичии самаранок, ки ба %70 зичии Zn-и металлӣ мувофиқ аст, истифода шудааст. Ҳаҷми умумии Zn-и бадастомада мувофиқи шиддати сигнали нормализатсияшудаи микро-CT ба ҳаҷми сеандоза тақсим карда шудааст.

Порозият дар сатҳи voxel бо Муодилаи (6)-и манбаъ ҳисоб шудааст:

\[ q= 1- \frac{ (1-q_{\mathrm{GF}})\,dV + V_{\mathrm{3D,zinc}} }{ dV } \]

Дар ин ҷо:

• \(q\): порозияти маҳаллии ҳисобшуда пас аз таҳшиншавии Zn,
• \(q_{\mathrm{GF}}\): порозияти ибтидоии намади графитӣ пеш аз таҳшиншавии Zn,
• \(V_{\mathrm{3D,zinc}}\): ҳаҷми ҳисобшудаи Zn дар voxel-и дахлдор,
• \(dV\): ҳаҷми voxel мебошад.

Дар муодила \((1-q_{\mathrm{GF}})dV\) ҳаҷми ибтидоии сахти намади графитиро ифода мекунад. Ба он ҳаҷми Zn-и таҳшиншуда илова мешавад. Вақте нисбати ҳаҷми умумии сахт ба ҳаҷми voxel бароварда мешавад, нисбати ҳаҷми холигӣ, яъне порозият, ба даст меояд.

Коҳиши порозият мустақиман маънои “электрод тамоман ногузар шуд”-ро надорад; аммо дар манбаъ коҳиши он дар минтақаи наздики мембрана аз 0,935 то 0,15 нишон медиҳад, ки ҳаҷми дастрас барои интиқоли ион ба таври ҷиддӣ танг шудааст.

Ченкуниҳои EIS Механизми Voltaic Bulge-ро Чӣ Гуна Дастгирӣ Карданд?

Натиҷаҳои EIS нишон доданд, ки дар минтақаи voltaic bulge саҳми муқовимати махсуси сатҳӣ дар басомади миёна \(ASR_{CT}\) якбора афзудааст ва нуқтаи қулла бо максимуми зиёдатии шиддати ҳуҷайра рост омадааст; камшавии \(ASR_U\) дар ҳамин минтақа аз ҷониби манбаъ ҳамчун мувофиқ бо сӯрох кардани CEM аз тарафи дендритҳои Zn шарҳ дода шудааст.

ASRU ва ASRCT чистанд?

\(ASR_U\), дар манбаъ ҳамчун ohmic area-specific resistance арзёбӣ шудааст. Он ҷузъҳои зуд/омии муқовимати ҳуҷайра, аз ҷумла мембрана, электролит ва пайвастҳои электронӣ, инъикос мекунад.

\(ASR_{CT}\), дар манбаъ бо номи charge-transfer area-specific resistance гузориш шудааст. Аммо муаллифон ошкоро мегӯянд, ки тағйир дар минтақаи басомади миёна танҳо аз кинетикаи интиқоли заряди электрод сарчашма намегирад; таъсирҳои мураккаб, аз ҷумла равандҳои мембрана ва интиқол, метавонанд саҳм гузоранд. Аз ин рӯ дар мақола ин истилоҳ ҳамчун номгузории амалӣ истифода мешавад.

Чаро ду протоколи гуногуни EIS истифода шуд?

PEIS_OCV ченкуниҳо дар шиддати занҷири кушода ҳамчун EIS-и potentiostatic гузаронида шуданд. Диапазони басомад 10 kHz–25 mHz ва амплитудаи perturbation-и синусоидалӣ 20 mV буд.

Аммо ҳар як PEIS_OCV ченкунӣ зиёда аз 10 дақиқа идома кард ва ба ҷойи даври стандартии тақрибан 3-соатаи пуркунӣ–холӣкунӣ таҷрибаро ба зиёда аз 13 соат расонд. Азбаски ин интизориҳои дароз ҳолати электроди Zn-ро тағйир доданд, муаллифон ин усулро барои пайгирии механизми voltaic bulge муносиб надонистанд.

GEIS_LOAD ченкунӣ бошад дар зери бори ҷараёни доимии 100 mA cm⁻² ҳамчун EIS-и гальваностатикӣ гузаронида шуд. Диапазони басомад 100 kHz–50 mHz ва амплитудаи perturbation-и бисёрсинусӣ 12,5 mA cm⁻² буд. Ҳамин тавр тағйири импеданс ҳангоми идома доштани пуркунӣ/холӣкунии ҳуҷайра пайгирӣ карда шуд.

GEIS_LOAD дар шароит мавқеи voltaic bulge ба профили стандартии пуркунӣ наздиктар монд ва барои таҳлили механизм муносибтар дониста шуд.

Bulge падидаи потенсиали электрод аст ё падидаи мембрана/интерфейс?

Пайгирии ҷудогонаи ҳар ду нимҳуҷайра бо электродҳои истинодӣ нишон дод, ки афзоиши умумии шиддати ҳуҷайра дар минтақаи bulge аз ҷиҳати бузургӣ ба тағйири потенсиалҳои электрод баробар нест.

Ин фарқ дастгирӣ мекунад, ки қисми муҳими зиёдатии афзояндаи шиддати ҳуҷайра на мустақиман аз як реаксияи ягонаи электрод, балки аз CEM ва минтақаи интиқоли ҳамсояи мембрана сарчашма мегирад.

Чӣ гуна санҷида шуд, ки мембрана воқеан осеб дидааст?

Пас аз даврзанӣ як нимбахши ҳуҷайраи холишуда бо N₂ фишор дода ва гидравликӣ баста шуд. Коҳиши фишор бо мурури вақт пайгирӣ гардид.

Дар ҳуҷайраи дорои мембранаи нав, дар зери фишори зиёдатӣ то 600 mbar, талафоти фишор тақрибан:

\[ 0.01\ \mathrm{mbar\,s^{-1}} \]

буд, дар ҳоле ки дар ҳуҷайраи баъд аз таҷрибаҳо тақрибан:

\[ 0.32\ \mathrm{mbar\,s^{-1}} \]

чен карда шуд.

Талафоти фишор, ки тақрибан 32 маротиба баландтар буд, нишон медиҳад, ки якпорчагии мембрана ба таври назаррас осеб дидааст. Манбаъ инро бо сӯрох кардани мембрана аз ҷониби дендритҳои Zn хеле мувофиқ медонад.

Чаро мембранаи нав таҷрибаи назоратии муҳим аст?

Дар ҳуҷайраи таназзулёфта вақте танҳо электролитҳо омехта шуданд ё пурра бо электролити нав иваз шуданд, CE-и ибтидоӣ барқарор нашуд. Баръакс, вақте дигар ҷузъҳои ҳуҷайра ва электролитҳо нигоҳ дошта шуда, танҳо CEM нав карда шуд, CE тақрибан ба %90 баланд шуд.

Ин назорат яке аз таҷрибаҳои мустақимтаринест, ки дастгирӣ мекунад талафоти доимии кор танҳо аз таркиби электролит сарчашма намегирад ва осеби физикии мембрана нақши марказӣ дорад.

Пас аз истифодаи мембранаи нав, ҳангоми идомаи боркунии баланд, voltaic bulge ҳатто дар даври дуюм боз дида шуданаш мумкин буд. Аз ин рӯ иваз кардани мембрана сабаби решавиро бартараф намекунад; танҳо ҷузъи осебдидаро нав мекунад.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Сохтори якҳуҷайра

Таҷрибаҳои ZIHFB дар сохтори якҳуҷайрае гузаронида шуданд, ки аз ҳуҷайраи стандартии лаборатории таҳиякардаи Pinflow Energy Storage s.r.o. гирифта шудааст.

Ҳуҷайра асосан ҷузъҳои зеринро дар бар мегирад:

• лавҳаҳои охирии алюминӣ,
• ҷамъкунандагони ҷараёни мисӣ,
• лавҳаҳои композитии карбон–полимерӣ,
• намадҳои графитии асоси rayon (GF),
• прокладкаҳои ҳамвори полиолефини эластомерӣ,
• чорчӯбаҳои тақсимоти электролити PVC,
• мембранаи фаъолшудаи мубодилаи катионӣ (CEM).

Нисбати фишурдани намади графитӣ %25 муқаррар карда шуд. Масоҳати геометрии электродҳо 20 cm², яъне 4 × 5 cm² буд. Дар ҳар ду нимҳуҷайра тарҳи flow-through истифода шуд, ки электролит аз дохили намади графитӣ мегузарад.

Электролити стандартӣ ва шароити кор

Протоколи стандартии пуркунӣ–холӣкунӣ

Батарея аввал то %20-и иқтидори назариявии неголит пур карда шуда, сипас ҳадди SoC ба %40, %60 ва %80 баланд карда шуд.

Пуркунӣ дар зичии ҷараёни доимии 100 mA cm⁻² дар реҷаи гальваностатикии CC анҷом дода шуд.

Холӣкунӣ дар реҷаи якҷояи CC–CV гузаронида шуд. Вақте шиддати ҳуҷайра ба ҳадди 0,1 V расид, нигоҳдории potentiostatic татбиқ шуд ва холӣкунӣ то он даме идома ёфт, ки ҷараёни холӣкунӣ аз %10-и ҷараёни пуркунӣ кам шуд.

Манбаъ SoC-ро ҳамчун нисбати иқтидори дар он лаҳза пуршуда ба иқтидори умумии назариявии Zn²⁺ дар неголит таъриф мекунад.

Ҷараёнҳои ион ва об дар дохили электролит

Дар ZIHFB бо CEM ҳангоми пуркунӣ интиқолдиҳандаи асосии заряд иони K⁺ аст. K⁺ зери таъсири майдони электрикӣ аз позолит ба неголит интиқол меёбад ва метавонад ҳамроҳ бо қабати гидрататсия обро ҳам интиқол диҳад.

Мувофиқи манбаъ ҳангоми пуркунӣ:

• K⁺ асосан дар самти позолит → неголит ҷараён мекунад.
• Zn²⁺ низ метавонад дар ҳамин самт гузарад; аммо аз сабаби андозаи калонтари ион саҳми он камтар аст.
• Азбаски дар позолит I⁻ истеъмол мешавад, I⁻ метавонад аз неголит ба позолит тамоюли диффузия дошта бошад.
• I₃⁻ метавонад дар самти муқобил диффузия кунад; аммо хориҷкунии Donnan-и CEM гузариши анионҳоро ба таври назаррас маҳдуд мекунад.
• Об аз сабаби кашиши электроосмотикӣ ва фарқияти фишори осмотикӣ асосан ба тарафи неголит интиқол ёфта метавонад.

Гарчанде самтҳои ҷараён ҳангоми пуркунӣ ва холӣкунӣ идеалӣ метавонанд баръакс шаванд, аз сабаби реаксияҳои паҳлуӣ ва давомнокиҳои гуногун тавозуни холис метавонад пурра баста нашавад. Дар даврҳои дароз ин ҳолат метавонад ба зиёд шудани ҳаҷми неголит ва кам шудани ҳаҷми позолит мусоидат кунад.

Усули микро-CT

Намунаҳои намади графитии манфии бо Zn рӯйпӯшшуда тақрибан дар андозаи 50 × 40 × 5,5 mm омода карда шуданд. Ченкуниҳои рентгении микро-CT бо системаи Fraunhofer CT portable 160.90 анҷом дода шуданд.

Барои таҳлили омории порозият маълумот ба блокҳои 100 × 100 × 4 voxel муттаҳид карда шуда, дар андозаи самараноки voxel тақрибан 2,2 mm × 2,2 mm × 0,1 mm арзёбӣ шуд.

Тасвирбардории оптикии конфокалӣ

Барои омӯзиши сохтори Zn дар сатҳи намади графитӣ микроскопи конфокалии лазерии сканкунандаи Keyence VK-X3000 истифода шуд. Дар таҳқиқ тасвирҳо ба ҷои лазери 404 nm-и дастгоҳ бо равшанидиҳии ҳамгирошудаи LED-и сафед гирифта шуданд.

Вобаста ба минтақаи мавриди таваҷҷуҳ объективи 2,5× ва zoom-и оптикии 0,7 ё объективи 20× ва zoom-и оптикии 1,0 истифода шуд. Манбаъ танзими равшании тасвирбардориро 82 гузориш медиҳад.

Азбаски ин тасвирҳои воқеии микроскопӣ далели таҷрибавӣ мебошанд, онҳо дар HTML-и Verianla ба таври сунъӣ аз нав тавлид нашудаанд.

Санҷиши фишори мембрана

Нимбахши ҳуҷайра бо N₂ дар диапазони фишори зиёдатии 100–600 mbar фишор дода шуда, контур баста ва коҳиши фишори дохилӣ пайгирӣ гардид. Герметикии мембрана аз рӯи тағйири нишебии фишор–вақт дар фосилаҳои панҷдақиқаинаи ченкунӣ арзёбӣ шуд.

Фарқи талафоти фишори тақрибан 0,01 ва 0,32 mbar s⁻¹ байни мембранаи нав ва баъд аз таҷрибаҳо, дар якҷоягӣ бо маълумоти электрохимиявӣ ва тақсимоти Zn, тафсири перфоратсияи мембранаро дастгирӣ мекунад.

Усулҳои EIS

Хориҷ кардани ZnI2 аз позолит чиро нишон дод?

Вақте дар позолит ZnI₂ набуд, таъминоти иловагии Zn²⁺ аз позолит ба неголит бартараф шуд. Дар шароити GEIS_LOAD voltaic bulge ба қимати баландтари \(Q_{\mathrm{areal}}\), тақрибан ба 150 mAh cm⁻² наздик шуд.

Ин натиҷа дастгирӣ мекунад, ки Zn²⁺-и дар позолит буда дар иқтидори баланд метавонад ба нимҳуҷайраи манфӣ Zn-и иловагӣ дода, таҳшиншавии зичи Zn ва оғози bulge-ро осон кунад.

Бо вуҷуди ин, таркибҳои гуногуни ибтидоии электролит дар дарозмуддат аз сабаби гузариши мутақобилаи об, намудҳои фаъол ва ионҳо номувозинии ҷиддии таркибро ба вуҷуд оварданд. Аз ин рӯ хориҷ кардани ZnI₂ аз позолит аз ҷониби манбаъ ҳамчун роҳи ҳалли амалии дарозмуддат қабул намешавад.

Чаро раванди electrolyte remix кофӣ набуд?

Дар раванди electrolyte remix ҳуҷайра пурра холӣ карда шуда, пайвастҳои баромади ду нимҳуҷайра иваз ва электролитҳо 30 дақиқа шадидан омехта шуданд, то ба таркиби баробари ибтидоӣ наздик шаванд.

Ин раванд метавонад номувозинии таркиби электролитро кам кунад ва ба ҳал шудани Zn-и боқимонда бо I₃⁻ мусоидат кунад. Бо вуҷуди ин, дар даврҳои баъдӣ CE паст монд.

Иваз кардани электролит бо электролити комилан нав ҳам CE-и ибтидоиро барқарор накард. Ин мушоҳида нишон дод, ки таназзули доимӣ танҳо дар таркиби электролит нест.

Иваз кардани CEM чиро нишон дод?

Вақте CEM-и осебдида бо мембранаи нав иваз шуд ва таҷриба бо нигоҳ доштани ҷузъҳои дигар идома ёфт, CE тақрибан ба %90 боз баланд шуд.

Ин таҷриба тафсиреро, ки талафоти барнагардондаи кор пас аз voltaic bulge асосан аз осеби CEM сарчашма мегирад, мустақиман дастгирӣ мекунад.

Аммо ҳангоми идомаи кор бо мембранаи нав дар иқтидори баланди сатҳӣ voltaic bulge боз ба вуҷуд омад. Ба ибораи дигар, иваз кардани CEM амали таъмирӣ аст; стратегияи пешгирие нест, ки сабаби решавии таҳшиншавии Zn-ро бартараф кунад.

Оё намади ноқилнашаванда роҳи ҳал шуд?

Манбаъ ду ҷойгиркунии гуногуни NCF-ро санҷидааст:

• NCF_NEG: дар нимҳуҷайраи манфӣ, намади полимерии ноқилнашавандаи ҳамсояи CEM.
• NCF_POS: дар нимҳуҷайраи мусбат, намади полимерии ноқилнашавандаи ҳамсояи CEM.

NCF_NEG бо ҳадафи аз ҷиҳати физикӣ дур кардани минтақаи таҳшиншавии Zn аз CEM истифода шуд. Аммо дар зичии баланди ҷараён, ба мисли 100 mA cm⁻², дар дохили NCF афзоиши ғайрияксони Zn ба амал омада, CE нисбат ба ҳуҷайраи стандартӣ тақрибан 3–4 банди фоизӣ пасттар буд.

NCF_POS бошад, гарчанде дар тарафи мусбати CEM изолятсияи электронӣ таъмин кард, муқовимати омиро зиёд ва самаранокии шиддатро кам кард.

Дар ҳар ду сохтори NCF voltaic bulge тақрибан дар ҳамон минтақаи \(Q_{\mathrm{areal}}\), ки дар сохтори стандартӣ буд, мушоҳида шуд. Аз ин рӯ таҳқиқ нишон надод, ки конфигуратсияҳои санҷидашудаи NCF иқтидори критикии сатҳии Zn-ро зиёд кардаанд.

Дар Ин Таҳқиқ Кори Устувори Миёнамуҳлати ZIHFB Чӣ Гуна Таъмин Шуд?

Дар системаи санҷидаи манбаъ устувории миёнамуҳлат бо маҳдуд кардани иқтидори сатҳии пуркунӣ ба 80 mAh cm⁻², муқаррар кардани шиддати максималии пуркунӣ ба 1,55 V ва пайваст кардани зарфҳои позолит ва неголит бо шунти гидравликӣ барои пайваста кам кардани номувозинии ҳаҷм ва таркиби электролит таъмин шуд.

Шунти гидравликӣ чӣ кор мекунад?

Hydraulic shunt (HS), пайванди гидравликиест, ки қисмҳои поёнии ду зарфи электролитро бо пайванди борики капиллярӣ ба ҳам мепайвандад.

Вақте ҳангоми пуркунӣ тавассути CEM интиқоли холиси ион ва об аз позолит ба неголит ба амал меояд, сатҳи зарфҳо бо мурури вақт аз ҳам фарқ карда метавонад. HS бо ҷараёни гидравликии самти муқобил ин тағйири ҳаҷмро қисман мувозинат мекунад.

HS ҳамчунин таркибҳои электролитро қисман мувозинат мекунад. Манбаъ пешниҳод мекунад, ки расидани I₃⁻ тавассути HS ба неголит метавонад ҳангоми холӣкунӣ қисми Zn-и таҳшиншударо ҳал кунад ва афзоиши ҷамъшавии Zn-ро дар нимҳуҷайраи манфӣ дар тӯли даврҳо маҳдуд созад.

Ин фоида арзиш дорад: азбаски реаксияи химиявии I₃⁻ бо Zn ба худхолишавӣ оварда мерасонад, HS метавонад аз нуқтаи назари coulombic efficiency талафот эҷод кунад. Аз ин рӯ HS роҳи ҳалли “бебохт” нест; балки стратегияи мувозинаткунӣ барои назорат кардани ҷамъшавии Zn ва хавфи осеби мембрана дар ин сохтори ҳуҷайра мебошад.

Чаро ҳадҳои бехатар бе HS худ ба худ кофӣ набуданд?

Дар манбаъ, вақте ҳадҳои бехатарии 80 mAh cm⁻² ва 1,55 V бе HS татбиқ шуданд, ҳуҷайра дар аввал бехатартар кор кард; аммо азбаски Zn ҳангоми холӣкунӣ пурра ҳал нашуд, ҷамъшавии Zn дар нимҳуҷайраи манфӣ аз давр ба давр идома ёфт.

Даврҳои даврии пурраи форматонии CC–CV Zn-и ҷамъшударо ҳал карда, CE-ро муваққатан беҳтар карданд. Бо вуҷуди ин, пас аз тақрибан 48 давр ва тақрибан 80 соат voltaic bulge боз пайдо шуд ва ҳуҷайра ба таври барнагардонда таназзул ёфт.

Натиҷаи оптимизатсияшуда бо HS

Ҳангоми истифодаи HS ҳаҷмҳои зарфҳо пайваста мувозинат карда шуданд ва ҳуҷайра тақрибан 70 давр бе таназзули намоёни кор фаъолият кард.

Дар хулосаи натиҷаҳои манбаъ барои системаи оптимизатсияшуда:

• зичии ҷараён: 100 mA cm⁻²,
• максималии \(Q_{\mathrm{areal}}\): 80 mAh cm⁻²,
• шиддати максималии пуркунӣ: 1,55 V,
• CE: ≥ %95,
• EE: > %83,
• талафоти иқтидор: %0,02 давр⁻¹

гузориш шудааст.

Дар муҳокимаи натиҷаҳои манбаъ самаранокии шиддати ҳамин таҷрибаи оптимизатсияшуда низ зиёда аз %87 тавсиф шудааст. Баланд мондани CE ва VE бо зиёда аз %83 мондани EE мувофиқ аст.

Чаро ҳадди 80 mAh cm−2 интихоб шуд?

Дар ҳуҷайраи стандартӣ voltaic bulge одатан дар ҳудуди тақрибан 115–130 mAh cm⁻² пайдо шуд. Муҳаққиқон барои таҷрибаи бехатари даврзании миёнамуҳлат қимати 80 mAh cm⁻²-ро поёнтар аз ин ҳудуди критикӣ интихоб карданд.

Ин қимат барои ҳамаи системаҳои ZIHFB ҳадди универсалии бехатарӣ нест. Агар геометрияи ҳуҷайра, ғафсии электрод, тақсимоти Zn, майдони ҷараёни электролит, зичии ҷараён, ҳарорат ва хосиятҳои мавод тағйир ёбанд, ҳадди бехатари \(Q_{\mathrm{areal}}\) низ метавонад тағйир ёбад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқ дастгирӣ мекунад

• Дар ҳуҷайраи стандартии лабораторӣ \(Q_{\mathrm{areal}}\)-и баланд бо voltaic bulge ва талафоти барнагардондаи кор алоқаманд аст.
• Zn дар ҳаҷми намади графитии манфӣ яксон тақсим нашуда, дар минтақаи наздики мембрана ҷамъ шудааст.
• Таҳшиншавии зичи Zn дар наздикии мембрана порозияти маҳаллӣ ва масоҳати интиқоли ионро ба таври ҷиддӣ кам кардааст.
• Афзоиши \(ASR_{CT}\) дар EIS ҳамзамон бо bulge-и шиддат рушд кардааст.
• Афзоиши дендритҳои Zn ва перфоратсияи CEM марҳилаҳои муҳими механизми таназзул мебошанд.
• Санҷиши фишор нишон дод, ки баъд аз даврзанӣ герметикии мембрана ба таври назаррас бад шудааст.
• Electrolyte remix ё электролити тару тоза худ ба худ кори ибтидоиро барқарор накард.
• Иваз кардани CEM CE-ро тақрибан ба %90 баргардонда, робитаи осеби доимиро бо мембрана дастгирӣ кард.
• Сохторҳои санҷидашудаи NCFNEG ва NCFPOS қимати критикии \(Q_{\mathrm{areal}}\)-ро баланд накарданд.
• Комбинатсияи HS + 80 mAh cm⁻² + ҳадди 1,55 V дар ин ҳуҷайраи таҷрибавӣ кори устувори миёнамуҳлатро таъмин кард.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқ дастгирӣ намекунад

• Ҳудуди 115–130 mAh cm⁻² барои ҳамаи тарҳҳои ZIHFB ҳадди универсалии дендрит ё осеби мембрана нест.
• 80 mAh cm⁻² барои ҳамаи батареяҳои ҷараёнии руҳӣ иқтидори универсалии бехатар нест.
• Нишон дода нашудааст, ки HS дар ҳамаи меъмориҳои ZIHFB беҳтарин роҳи ҳал аст.
• Хулоса кардан мумкин нест, ки равиши NCF умуман кор намекунад; танҳо дар конфигуратсияҳои NCF-и ин таҳқиқ иқтидори критикӣ баланд нашуд.
• Устувории миёнамуҳлати лаборатории 70 давр исбот намекунад, ки системаи тиҷоратӣ солҳо кор мекунад.
• Ин таҳқиқ валидацияи саҳроии stack-и пурра ё миқёси шабакаро анҷом надодааст.
• Миқдори Zn дар харитаи порозияти микро-CT таҳлили мустақими унсури химиявӣ нест; он бо истифода аз иқтидор, қонуни Faraday, зичии самараноки Zn ва тақсимоти сигнали CT ҳисоб шудааст.
• Манбаъ тамоми тағйири \(ASR_{CT}\)-ро танҳо ба муқовимати интиқоли заряди электрод нисбат намедиҳад; дар рафтори басомади миёна метавонад якчанд раванд мавҷуд бошад.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқ

• Таҳқиқ дар як ҳуҷайраи миқёси лабораторӣ анҷом дода шудааст.
• Натиҷаҳо ба геометрияи мушаххаси ҳуҷайра, намади графитӣ, CEM ва формулаи электролит вобастаанд.
• Ҳарорати стандартии таҷриба 40 °C аст; диапазони васеи ҳарорат санҷида нашудааст.
• Зичии асосии ҷараён 100 mA cm⁻² аст; иқтидори критикӣ метавонад дар зичиҳои гуногуни ҷараён тағйир ёбад.
• Ҳисоби ҳаҷми Zn бо микро-CT фарзияи самаранокии ҷараёни %100 ва зичии самараноки баробари 0,7 қисми зичии Zn-и металлиро истифода мебарад.
• PEIS_OCV аз сабаби вақтҳои дарози интизорӣ ҳолати системаро тағйир дода, барои пайгирии мустақими механизми bulge маҳдуд дониста шуд.
• Таъсирҳои HS ба кори бисёрсола, stack-и калон, нигоҳдорӣ, бехатарӣ ва иқтисод санҷида нашудаанд.
• Муаллифон қайд мекунанд, ки барои иқтидори сатҳии бехатари баландтар химияи сатҳ, ноқилият ва текстураи электроди манфии 3D бояд беҳтар карда шаванд.

Муҳимтарин хулосаи илмӣ

Саҳми асосии таҳқиқ танҳо нишон додани протоколи устувортари даврзанӣ нест. Саҳми воқеӣ дар он аст, ки шакли мушоҳидашудаи шиддати voltaic bulge дар ZIHFB бо тақсимоти физикии Zn дар электроди манфӣ, талафи порозият дар наздикии мембрана, тағйири импеданс ва талафи герметикии CEM дар як механизми таҷрибавӣ муттаҳид карда шудааст.

Ин механизм нишон медиҳад, ки иқтидори бехатари сатҳӣ бояд на танҳо бо саволи “чанд mAh cm⁻² пур карда шуд”, балки ҳамзамон бо он ки Zn дар дохили электроди сеандоза дар куҷо ва то чӣ андоза яксон таҳшин мешавад, арзёбӣ карда шавад.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Таҳқиқи аслӣ: Understanding the degradation process in zinc–iodine hybrid flow batteries

Муаллифон: Přemysl Richtr; David Gráf; Martin Drnec; Jiří Charvát; Martin Bureš; Ondřej Navrátil; Jaromír Pocedič; Juraj Kosek; Petr Mazúr.

Муаллифи масъул: Petr Mazúr.

Саҳми баробар: Дар манбаъ изҳороти ҳаммуаллифии аввал ё саҳми баробар мавҷуд нест.

Муассисаҳо: University of Chemistry and Technology Prague, Department of Chemical Engineering, Prague, Czech Republic; Pinflow Energy Storage, s.r.o., Prague, Czech Republic; New Technologies – Research Centre, University of West Bohemia, Plzeň, Czech Republic.

Маҷалла: Journal of Materials Chemistry A.

Ношир: Royal Society of Chemistry.

Ҷилд / саҳифаҳо: 14 / 4529–4545.

DOI: 10.1039/D5TA07792C.

Санаи қабул барои баррасӣ: 23 сентябри 2025.

Санаи қабул: 8 декабри 2025.

Нашри аввалини онлайн: 9 декабри 2025.

Соли библиографии нашр: 2026.

Навъи манбаъ: Мақолаи таҳқиқотии таҷрибавии миқёси лабораторӣ оид ба нигоҳдории электрохимиявии энергия ва батареяи ҷараёнӣ.

Вазъи рецензия: Мақолаи таҳқиқотии рецензияшуда, ки дар Journal of Materials Chemistry A нашр шудааст.

Литсензия: Creative Commons Attribution 3.0 Unported (CC BY 3.0).

Пайванди расмӣ: https://doi.org/10.1039/D5TA07792C

Дастрасии маълумот: Маълумоти таҳқиқотии мақола дар Zenodo таҳти DOI 10.5281/zenodo.17175636 пешниҳод шудааст. Манбаъ мегӯяд, ки ин DOI сабти ҷории ба ҳамаи версияҳо равонашаванда аст.

Маълумоти иловагӣ: Supplementary Information аз саҳифаи сабти RSC-и DOI-и мақола дастрас аст.

Маблағгузорӣ: Лоиҳаи “The Energy Conversion and Storage”, CZ.02.01.01/00/22_008/0004617, Programme Johannes Amos Comenius – Excellent Research; барномаи TAČR TREND, FW06010097; Specific University Research A1_FCHI_2024_04 ва A2_FCHI_2025_014.

Ихтилофи манфиатҳо: Муаллифон изҳор мекунанд, ки ихтилофи манфиатҳо вуҷуд надорад.

Саҳми муаллифон: Přemysl Richtr: тарҳи аввал, таҳқиқот, таҳлили формалӣ, санҷиш, усул, консептуализатсия, куратсияи маълумот, бозбинӣ/таҳрир. David Gráf: таҳқиқот, визуализатсия, бозбинӣ/таҳрир. Martin Drnec: таҳқиқот. Jiří Charvát: консептуализатсия, бозбинӣ/таҳрир. Martin Bureš: нармафзор ва бозбинӣ/таҳрир. Ondřej Navrátil: консептуализатсия. Jaromír Pocedič: машварат ва консептуализатсия. Juraj Kosek: идоракунии лоиҳа ва дарёфти маблағ. Petr Mazúr: идоракунии лоиҳа, машварат, дарёфти маблағ, бозбинӣ/таҳрир, захираҳо ва консептуализатсия.

Системаи асосии таҷрибавӣ: Як ҳуҷайраи ZIHFB-и миқёси лабораторӣ бо масоҳати геометрии электроди 20 cm²; электродҳои намади графитӣ ва мембранаи мубодилаи катионӣ.

Электролити стандартӣ: 1 mol dm⁻³ ZnI₂, 4 mol dm⁻³ KI ва 1,5 mol dm⁻³ KCl.

Шароити асосии кор: 40 °C; 0,08 dm³ dk⁻¹ ҷараёни электролит; 100 mA cm⁻².

Усулҳои асосӣ: пуркунӣ/холӣкунии гальваностатикӣ ва гальваностатикӣ–potentiostatic, PEIS_OCV, GEIS_LOAD, пайгирии потенсиали электроди истинодӣ, микро-CT-и рентгенӣ, тасвирбардории оптикии конфокалӣ ва санҷиши герметикии мембрана бо коҳиши фишор.

Механизми асосӣ: таҳшиншавии зичи Zn дар наздикии мембрана → камшавии порозияти маҳаллӣ → маҳдудшавии интиқоли ион → афзоиши зичии ҷараёни маҳаллӣ ва потенсиали зиёдатии ҳуҷайра → афзоиши дендрит → перфоратсияи CEM → талафоти барнагардондаи coulombic efficiency.

Ҳадди тафсир: Ҳудуди критикии bulge-и 115–130 mAh cm⁻² ва ҳадди кори бехатари 80 mAh cm⁻² ба ҳамин конфигуратсияи таҷрибавии ҳуҷайра тааллуқ доранд; барои ҳамаи ZIHFBҳо қиматҳои универсалӣ нестанд.

Ҳадди тафсири устуворӣ: Дар шароити оптимизатсияшуда устувории миёнамуҳлати лабораторӣ барои тақрибан 70 давр нишон дода шудааст. Ин натиҷа умри бисёрсолаи тиҷоратӣ дар саҳро, эътимоднокии stack-и пурра ё қобилияти иқтисодии татбиқро тасдиқ намекунад.