南方科技大学/清华大学合作，Nature子刊！
文摘
2024-11-08 18:32
四川
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可充电锌空气电池（RZABs）因其卓越的理论比能量（基于锌的重量约为1370 Wh kg−1）、固有安全性（水性电解质）、低成本（锌的价格约为每吨3200美元）和环境友好性（无毒化学品和成熟的锌回收技术）而成为研究热点。然而，其实际应用面临诸多挑战，包括高充电电压下双功能催化剂活性和氧化脆弱性差、空气阴极中气-液-固三相界面的复杂性，以及对空气阴极处副反应和电压波动的理解不充分。这些问题导致实际比能量未能达到理论值，充/放电容量低（每循环小于5 mAh cm−2），严重极化（充/放电电压差大于0.8
V），以及循环寿命短（小于500小时）。有鉴于此，南方科技大学徐保民团队、Xiongwei Zhong以及清华大学周光敏课题组合作提出了一种类似变色龙的双功能催化剂，由钌单原子接枝到镍铁层状双氢氧化物（RuSA-NiFe LDH）组成。在充电过程中，RuSA-NiFe LDH的适应性氧化转变为含氧氢氧化物物种（RuSA-NiFeOOH），暴露出氧气进化反应的活性位点；在放电过程中，可逆地还原为NiFe
LDH，暴露出氧气还原反应的活性位点。此外，研究人员设计了一种具有亲水层和疏水层的分层空气阴极，促进了RuSA-NiFe
LDH和RuSA-NiFeOOH之间的可逆转换，加速了氧气气泡的脱附，并抑制了碳腐蚀。通过这些创新设计，研究人员成功地提升了锌空气电池的性能。具体而言，这些电池展示了每循环100
mAh cm−2的高充/放电容量，电压间隙为0.67 V，并在10 mA cm−2下实现了2400小时的延长循环寿命。进一步的研究通过电极电位解耦监测、氧气气泡脱附追踪和碳含量定量，全面阐明了空气阴极的催化反应热力学和动力学。这些成果不仅为提高RZABs的性能提供了新的思路，也为未来的电池设计和优化提供了重要的科学依据。👉 点击左下角“阅读原文”，即可直达原文！💖
