理化所高電流密度下可充放電式鋅空氣電池研究取得進(jìn)展

可逆鋅空氣電池具有價(jià)格低廉、環(huán)境友好和能量密度高(1 084 Wh/kg)等優(yōu)勢，在便攜式交通工具和能量儲(chǔ)存器件應(yīng)用方面潛力巨大。該電池的核心組分是驅(qū)動(dòng)氧還原反應(yīng)(ORR)和析氧反應(yīng)(OER)的雙功能催化劑，但存在動(dòng)力學(xué)緩慢及循環(huán)穩(wěn)定性差等問題。因此，發(fā)展廉價(jià)、高效的雙功能催化劑，對于推動(dòng)可逆鋅空氣電池的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

氮化物，如Ni3FeN等，因其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和半金屬特性，在電催化氧氣還原反應(yīng)(OER)中，表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。但將Ni3FeN應(yīng)用于可逆鋅空氣電池中，面臨兩個(gè)問題：①氮化物的ORR活性低；②氮化物的在合成過程(氨氣氣氛煅燒)中易團(tuán)聚，難以得到更小尺寸、更多活性位暴露的氮化物，阻礙OER性能的進(jìn)一步提升。

近日，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所超分子光化學(xué)研究團(tuán)隊(duì)研究員張鐵銳課題組采用“一石二鳥”的策略，通過引入鈷氮共摻雜碳載體(Co，N-CNF)，有效減輕Ni3FeN在高溫合成過程中的團(tuán)聚問題，從而縮小其尺寸至14 nm；同時(shí)Co，N-CNF本身具備優(yōu)良的ORR性能。因此，Ni3FeN/Co，N-CNF復(fù)合物的OER性能明顯優(yōu)于貴金屬IrO2，ORR性能超過商業(yè)化Pt/C，該雙功能催化劑可實(shí)際應(yīng)用于可逆鋅空氣電池，并在高電流密度(50 mA/cm2)下長時(shí)間穩(wěn)定工作。該策略為設(shè)計(jì)和合成多功能催化劑提供了新思路，可廣泛應(yīng)用于金屬空氣電池、可充放電式燃料電池、全分解水以及其他能源領(lǐng)域。