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创新工艺改善锌空气电池性能

科技快讯 时间:2022-05-16 21:45:08 匿名用户

科技日报记者 赵汉斌

锌空气电池因具有较高的理论比容量和良好的安全性,受到科研工作者的广泛关注。近日,云南大学材料与能源学院郭洪教授团队通过增强电池阴极的氧气还原反应的方法,改善了锌空气电池性能,这意味着我国科研人员在新能源存储材料领域取得了新的进展。

此前,缓慢的阴极氧气还原反应动力学严重限制了锌空气电池在实际生产生活的应用。同时,铂基氧气还原反应催化剂的高昂价格,也促使人们去开发低成本高性能的催化剂。目前,许多工作已经证明具有“铁-氮”结构的材料具有出色的阴极氧气还原反应活性。然而平面四边形结构的催化活性部分,在阴极氧气还原反应过程中总是会变为贫电子区域,最终降低阴极氧气还原反应的效率。引入富电子载体来提高催化剂的阴极氧气还原反应性能是一种较为常见的策略,但金属中心的本征活性,以及催化剂活性位点与载体之间的协同作用总是被人忽略。因此,想进一步了解氧电催化过程,应深入研究催化剂内部的原子轨道相互作用以及电荷传输行为。

铁离子3d层电子构型及铁-氮部分的电荷密度示意图  云南大学供图

基于当前的研究基础以及未来面临的问题,郭洪教授团队以还原氧化石墨烯为供电子载体、酞菁铁分子为反应位点,通过湿化学方法一步制备出负载型的阴极氧气还原反应催化剂。这一方案可同时实现对催化剂活性位点电荷密度以及铁离子3d层电子结构的调控。这种催化剂不仅在碱性介质中表现出优于商业铂碳催化剂的阴极氧气还原反应性能,而且由这种催化剂驱动的锌空气电池也展示出一定的实际应用潜力。催化剂活性位点内外部双重优化的策略,可为氧电催化剂的机理研究提供一定的思路与见解。

此项研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、云南省科技厅和云南大学联合重点基金等科研创新项目的支持。相关成果发表在国际著名期刊《储能材料》上。

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