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    福建物構所在合成鋅空電池空氣極電催化劑研究中獲進展

    2021/04/01

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      近年來,對綠色能源的探索和開發帶動了包括鋅-空氣電池(ZAB)在內的一系列能源轉換和儲存裝置的研究。ZAB使用水系電解液且具有體積小、能量密度大、成本低等優勢,被認為是電能轉化和儲能的重要技術方向,在未來能源應用中有著廣闊前景。在ZAB充放電過程中,空氣電極上進行的氧還原反應(ORR)和氧析出反應(OER)動力學過程緩慢,需要較大的過電勢造成電壓損失,成為制約鋅空電池性能的核心問題。
      中國科學院福建物質結構研究所研究員曹榮和曹敏納研究團隊設計并合成了一系列單原子催化劑(M-NHC,M=Fe, Co, Ni),其中Fe-NHC在鋅空電池的性能測試中表現出比市售催化劑更高的功率密度、能量密度和穩定性。該催化劑是以大環化物六元瓜環(CB[6])自組裝得到的棒狀超分子為碳前驅體,與廉價的金屬鹽混合均勻后通過簡單的熱解法合成得到。在合成過程中借助于瓜環超分子自組裝體內部固有的孔道結構,無需添加模板劑或者繁雜的后處理過程即可制備出具有分級微介孔結構的多孔N摻雜碳載體,實現有效錨定金屬單原子的同時具有更高效的傳質及電子轉移功能。在組裝成鋅空電池時,Fe-NHC能夠達到157mW/cm2的功率密度,遠高于市售催化劑Pt/C和Ir/C混合催化劑的120mW/cm2。在10mA/cm2的放電測試過程中,Fe-NHC能夠維持長達60小時,而市售貴金屬催化劑在4個小時后出現嚴重的電壓損失。該工作通過簡易方法合成了廉價且高效穩定的鋅空電池空氣極電催化劑,也為無模板法合成單原子催化劑提供了新策略。


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