用于鋅-空氣電池的新型高效催化劑面世

記者5日獲悉，來(lái)自安徽工業(yè)大學(xué)等單位的科研人員設計了一種通過(guò)界面錨定策略精準調控單原子之間距離的通用方法，并利用該方法成功開(kāi)發(fā)出新型高效催化劑——雙原子鐵催化劑。該催化劑在鋅-空氣電池中表現優(yōu)異，性能超越貴金屬鉑。相關(guān)研究成果在線(xiàn)發(fā)表于《自然·通訊》雜志。

鋅-空氣電池也稱(chēng)為鋅-氧空氣電池，是一種體積小、質(zhì)量輕、適用溫度范圍寬、無(wú)腐蝕且工作安全可靠的環(huán)保電池。由于鋅-空氣電池的正極催化劑材料是貴金屬鉑，而貴金屬鉑的儲量有限、價(jià)格昂貴，因此鋅-空氣電池尚未實(shí)現大規模應用。“開(kāi)發(fā)出能夠替代貴金屬鉑且性能優(yōu)越的正極催化劑，是實(shí)現鋅-空氣電池推廣應用的關(guān)鍵。”論文共同通訊作者、安徽工業(yè)大學(xué)教授曾杰告訴記者。

在最新研究中，科研人員創(chuàng )造性地將化學(xué)刻蝕和氮源錨定的方法相結合，制備出高純度的雙原子鐵催化劑，并借助界面錨定策略實(shí)現了對相鄰兩個(gè)鐵原子之間距離的精準調控。同時(shí)，他們還將該方法拓展應用到一系列非貴金屬催化劑中，制備出包括鐵、銅、鈷、鎳、鋅、錳等多種非貴金屬雙原子催化劑。

“我們將雙原子鐵催化劑應用在鋅-空氣電池的正極，用以替代傳統的鉑金屬催化劑。結果表明，這種雙原子鐵催化劑表現出優(yōu)異的催化活性、耐復雜環(huán)境能力和長(cháng)時(shí)穩定性。”曾杰說(shuō)，用這種雙原子鐵催化劑組裝的鋅-空氣電池的功率密度高達190.6毫瓦每平方厘米，顯著(zhù)優(yōu)于傳統鉑催化劑組裝的鋅-空氣電池的功率密度。

曾杰表示，這項研究為開(kāi)發(fā)用于鋅-空氣電池的低成本、高性能催化劑提供了新思路，隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，鋅-空氣電池未來(lái)有望在能源領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。