Exploring polymer-ionic solution interactions: an in-depth study chitosan-starch matrix in near neutral electrolytes for zinc-air batteries

Abstract

Ante el aumento de la demanda mundial de energía y la búsqueda crítica de soluciones energéticas sostenibles, esta investigación profundiza en el comportamiento electrolítico de hidrogeles biopoliméricos derivados de quitosano y almidón en soluciones iónicas casi neutras dentro de un sistema ZnCl2 + NH4Cl, modulado a través de diferentes niveles de pH para mejorar el rendimiento de las baterías de zinc-aire (ZABs). El estudio evalúa el impacto del pH de la solución iónica sobre las propiedades estructurales, morfológicas, térmicas, y electroquímicas de los hidrogeles en prototipos primarios de ZABs. Notablemente, a un pH casi neutro de 7.00, el electrolito de gel polimérico demostró una conductividad iónica superior (0.11 S.cm-1) y una capacidad específica (675 mAh.g-1), revelando menores resistencias de volumen y mayores capacidades específicas. El análisis térmico reveló una mejor estabilidad de los sistemas de gel polimérico a valores de pH de 6.00 y 7.00, los ensayos de Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) mostraron microestructuras uniformes y cohesivas atribuidas a la formación estable de complejos zinc-amina. La Espectroscopía Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR) resaltó variaciones dependientes del pH en las bandas vibracionales de los grupos funcionales, influyendo en las interacciones de iones de zinc y en el rendimiento electroquímico. El análisis por Difracción de Rayos X (XRD) subrayó la ausencia de productos precipitados sólidos a pH 7.00, mejorando así la movilidad iónica y la conductividad. En consecuencia, los hallazgos sugieren que mantener condiciones de pH casi neutro aumenta sustancialmente las propiedades físicas y electroquímicas de las ZABs, presentando una vía prometedora para soluciones de almacenamiento de energía sostenibles.