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科学家合作发明全新中性锌空气电池

2021-01-05 中国科学报 黄辛
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  复旦大学材料科学系青年研究员王飞团队通过国际合作开发了一种可充电锌空气电池。日前,相关研究成果发表于《科学》。

  锌空气电池具有高理论能量密度、高安全性、低成本等优点,是一种具有前景的储能技术。目前锌空气电池主要使用高浓度碱性溶液作为电解液,电池无法在空气中长时间工作。

  王飞团队与美国、德国的研究团队合作,通过设计电解液的组成和调控电极表面双电层,首次探索并实现了一种全新的基于过氧化锌的可逆生成的反应机制,并利用该反应机制制备了新型的非碱性锌空气电池;通过使用以三氟甲磺酸锌为代表的具有疏水阴离子的锌盐作为电解液,在空气正极表面构筑了以锌离子富集为特征的双电层结构,从而实现了锌离子与氧气反应的2电子转移反应,有效抑制了水分子参与的4电子反应。

  在三氟甲磺酸锌电解液中,空气正极双电层结构中的锌离子与水分子的比值明显高于硫酸锌电解液,锌离子直接参与的2电子转移反应更易发生。理论模拟之外,实验结果也证实了在三氟甲磺酸锌电解液中正极发生2电子转移反应。材料分析方法结合电化学测试确定了过氧化锌为正极放电产物。非碱性锌空气电池中,电解液不与空气中的二氧化碳发生副反应,电池在空气中和氧气中均表现出稳定的长循环性能。

  与传统的碱性锌空气电池相比,该非碱性锌空气电池具有明显优势:锌负极利用率高,从而大幅提高电池的能量密度,降低单位能量密度的电池成本;电池充放电反应可逆性高,具有长循环寿命;电池可在空气中稳定运行,简化了电池结构,降低电池组件的耐腐蚀性要求。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1126/science.abb9554

打印 责任编辑:张芳丹
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