2400h，类变色龙设计锌空气电池！南科大&清华，最新Nature子刊！
学术
2024-11-08 17:05
广东
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可充电锌空气电池的实际应用面临着双功能催化剂不足、气液固三相界面矛盾以及基本理解模糊等挑战。基于此，2024年11月7日，南方科技大学徐保民教授/钟熊伟研究助理教授、清华大学深圳国际研究生院周光敏副教授在国际期刊Nature Communications发表题为《Understanding the active site in chameleon-like bifunctional catalyst for practical rechargeable zinc-air batteries》的研究论文。在此，研究人员提出了一种类变色龙双功能催化剂，由接枝到镍铁层双氢氧化物 （RuSA-NiFe LDH） 上的钌单原子组成。在充电过程中，RuSA-NiFe LDH自适应氧化成氢氧化物（RuSA-NiFeOOH）， 暴露出析氧反应的活性位点；在放电过程中，RuSA-NiFe LDH 可逆还原成 NiFe LDH，暴露出氧还原反应的活性位点。此外，具有亲水层和疏水层的分层空气正极促进了RuSA-NiFe LDH和RuSA-NiFeOOH之间的可逆转换，加速了氧气气泡解吸，并抑制碳腐蚀。因此，该锌空气电池具有每循环100 mAh cm-2的高充放电容量、0.67 V的电压间隙以及在10 mA cm-2条件下2400小时以上的循环寿命。此外，研究人员还通过电极电位解耦监测、氧气气泡解吸跟踪和碳含量定量分析，全面阐明了空气正极的催化反应热力学和动力学。
图1：RuSA-NiFe LDH的设计、DFT计算、筛选及表征。图2：RuSA-NiFe LDH的OER/ORR活性及原位拉曼表征。图3：含RuSA-NiFe LDH的RZABs的性能及论证。Zhong, X., Xiao, X., Li, Q. et al. Understanding the active site in chameleon-like bifunctional catalyst for practical rechargeable zinc-air batteries. Nat Commun 15, 9616 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-54019-1🏅 我们提供专业的第一性原理、分子动力学、生物模拟、量子化学、机器学习、有限元仿真等代算服务。🎯我们的理论计算服务，累计助力5️⃣0️⃣0️⃣0️⃣0️⃣➕篇科研成果，计算数据已发表在Nature & Science正刊及大子刊、JACS、Angew、PNAS、AM系列等国际顶刊。 👏👏👏![]()
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