復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系青年研究員王飛團隊通過國際合作開發(fā)了一種可充電鋅空氣電池。日前，相關(guān)研究成果發(fā)表于《科學(xué)》。

鋅空氣電池具有高理論能量密度、高安全性、低成本等優(yōu)點，是一種具有前景的儲能技術(shù)。目前鋅空氣電池主要使用高濃度堿性溶液作為電解液，電池?zé)o法在空氣中長時間工作。

王飛團隊與美國、德國的研究團隊合作，通過設(shè)計電解液的組成和調(diào)控電極表面雙電層，首次探索并實現(xiàn)了一種全新的基于過氧化鋅的可逆生成的反應(yīng)機制，并利用該反應(yīng)機制制備了新型的非堿性鋅空氣電池;通過使用以三氟甲磺酸鋅為代表的具有疏水陰離子的鋅鹽作為電解液，在空氣正極表面構(gòu)筑了以鋅離子富集為特征的雙電層結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)了鋅離子與氧氣反應(yīng)的2電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，有效抑制了水分子參與的4電子反應(yīng)。

在三氟甲磺酸鋅電解液中，空氣正極雙電層結(jié)構(gòu)中的鋅離子與水分子的比值明顯高于硫酸鋅電解液，鋅離子直接參與的2電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)更易發(fā)生。理論模擬之外，實驗結(jié)果也證實了在三氟甲磺酸鋅電解液中正極發(fā)生2電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)。材料分析方法結(jié)合電化學(xué)測試確定了過氧化鋅為正極放電產(chǎn)物。非堿性鋅空氣電池中，電解液不與空氣中的二氧化碳發(fā)生副反應(yīng)，電池在空氣中和氧氣中均表現(xiàn)出穩(wěn)定的長循環(huán)性能。

與傳統(tǒng)的堿性鋅空氣電池相比，該非堿性鋅空氣電池具有明顯優(yōu)勢：鋅負極利用率高，從而大幅提高電池的能量密度，降低單位能量密度的電池成本;電池充放電反應(yīng)可逆性高，具有長循環(huán)壽命;電池可在空氣中穩(wěn)定運行，簡化了電池結(jié)構(gòu)，降低電池組件的耐腐蝕性要求。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1126/science.abb9554

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