锌空气电池新突破 高性能且低成本催化剂研制成功

锌空气电池以原材料常见和能量密度高有着诱人的应用前景,但充电困难一直桎梏着其发展。如今,科研人员研制出高性能和低成本催化剂,将打破这一瓶颈,使锌空气电池具有优异的充电性能,扩大其应用范围。

锌空气电池新突破
锌空气电池新突破

据澎湃新闻12月1日消息,上述研究于当地时间8月14日发表在国际学术杂志《先进材料》(Advanced Materials)。科研人员来自澳大利亚悉尼大学和新加坡南洋理工大学的科研团队。该论文的通讯作者悉尼大学化学和生物分子工程学院的教授陈元称,“迄今为止,可充电的锌空气电池所用的都是昂贵的贵金属催化剂,比如铂和氧化铱制成。相比之下,我们的方法生产出的是一系列高性能和低成本的催化剂。”

可充电锌空气电池来自悉尼大学官网锌空气电池是金属空气电池的一种,是以空气中的氧为正极活性物质,金属锌为负极活性物质,碱性溶液为电解液,将化学能转变为电能的装置。因为锌是自然界中资源分布较广的金属元素,所以其在电极材料的成本上要远低于锂离子电池。此外,悉尼大学的新闻稿称,锌空气电池可以储存更多的能量,理论上其储电量是锂离子电池的5倍。更重要的是,锌空气电池也更安全、更环保。锂离子电池很轻便,供电效率高,但其含有增压的、可燃的材料,一旦内部发生短路,就会产生非常严重的后果。

据外媒报道,锂离子电池被证明是三星Galaxy Note 7智能手机去年爆炸起火的元凶。三星后来调查发现,其手机电池供应商Samsung SDI和ATL的锂离子电池都存在缺陷,这种缺陷会导致内部短路,从而引起爆炸起火。不过,充满很好应用前景的锌空气电池由于充电困难,目前仅用在助听器、某些摄像机,以及铁路运信号装置上。所以,陈元等人的科研团队制作了包含常见的铁、钴、镍等元素的金属氧化物。这些新催化剂是通过同时控制下列成分制备的:组成、尺寸和富含金属的金属氧化物如铁、钴和镍的结晶度。最终该团队所研制出无定形双金属氧化物-石墨烯复合物可作为可充电锌空气电池的双功能氧化电化学催化剂。

该论文的第一作者悉尼大学信息技术与工程学院的博士李伟称,用新型催化剂开发的锌空气电池的试验证明其具有优异的可在充电性能。研究人员通过120小时对这种新型锌空电池进行60次充放电循环,发现电芯仅损失不到10%的效力。陈元表示,“为了我们的社会实现更加可持续的金属空气电池,我们正在解决相关技术挑战。”