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KIST利用太阳能改善锌空气电池的性能能量密度提高约7%

盖世汽车 Elisha 2022-04-08 14:51

盖世汽车讯锌空气电池通过空气中的氧与锌发生化学反应而产生电力，有望替代锂离子电池，满足新一代电动汽车的需求。理论上来讲，其具备充电电池的所有必要特征，如能量密度高、爆炸风险少、环保和材料成本低。

（图片来源：sciencedirect）

据外媒报道，韩国科学技术研究院（KIST）的研究团队开发了一种技术，利用太阳能来提高锌空气电池的电化学性能。这是充电电池领域的新兴研发方向。

该团队开发的这种电池，利用具有交替能级半导体结构的光活性双功能空气电催化剂，明显提高氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）的效率，以产生电力。这种光活性双功能催化剂是一种化合物，通过吸收光能来加速化学反应，与传统锌空气电池催化剂相比，其光吸收能力更强。

在锌空气电池中，以金属和空气分别作为电池的负、正极。氧作为正极活性材料，必须交替进行OER和ORR，以转换电能。因此，正极集流器（由碳材料制成）的催化活性，是决定锌空气电池能量密度和整体电芯效率的重要因素。

KIST研究团队重点关注p-n异质结，这是太阳能电芯和半导体的基本结构单元，以提升锌空气电池中迟缓的催化活性。其目标是利用半导体中发生电子运动的界面特性，加速氧生成-还原过程。为此，研究人员利用n型半导体（石墨相氮化碳，g-C3N4）和ap型半导体（CuZIF-67），合成了具有异质结带隙结构的正极材料。

此外，研究人员在真实的无光条件下进行了一项实验，以验证具有交替能级p-n异质结构的光活性双功能催化剂的商业潜力。该电池原型的能量密度达到731.9 mAh gZn-1，与现有锌空气电池的最佳性能相当。在有太阳光的情况下，能量密度提高了约7%，高达781.7 mAh gZn-1，具有良好的循环性能（334h，1000次循环），是已知催化剂中性能最好的。

研究人员表示，利用太阳能，有助于提高充电电池的电化学性能，也是实现可持续社会的重要组成部分。除了解决金属-空气电池的挑战性问题，还希望这种催化剂能促进半导体物理和电化学新融合技术的发展。