蓋世汽車訊 鋅空氣電池通過空氣中的氧與鋅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電力，有望替代鋰離子電池，滿足新一代電動(dòng)汽車的需求。理論上來講，其具備充電電池的所有必要特征，如能量密度高、爆炸風(fēng)險(xiǎn)少、環(huán)保和材料成本低。

（圖片來源：sciencedirect）

據(jù)外媒報(bào)道，韓國科學(xué)技術(shù)研究院（KIST）的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種技術(shù)，利用太陽能來提高鋅空氣電池的電化學(xué)性能。這是充電電池領(lǐng)域的新興研發(fā)方向。

該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的這種電池，利用具有交替能級(jí)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的光活性雙功能空氣電催化劑，明顯提高氧還原反應(yīng)（ORR）和析氧反應(yīng)（OER）的效率，以產(chǎn)生電力。這種光活性雙功能催化劑是一種化合物，通過吸收光能來加速化學(xué)反應(yīng)，與傳統(tǒng)鋅空氣電池催化劑相比，其光吸收能力更強(qiáng)。

在鋅空氣電池中，以金屬和空氣分別作為電池的負(fù)、正極。氧作為正極活性材料，必須交替進(jìn)行OER和ORR，以轉(zhuǎn)換電能。因此，正極集流器（由碳材料制成）的催化活性，是決定鋅空氣電池能量密度和整體電芯效率的重要因素。

KIST研究團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)關(guān)注p-n異質(zhì)結(jié)，這是太陽能電芯和半導(dǎo)體的基本結(jié)構(gòu)單元，以提升鋅空氣電池中遲緩的催化活性。其目標(biāo)是利用半導(dǎo)體中發(fā)生電子運(yùn)動(dòng)的界面特性，加速氧生成-還原過程。為此，研究人員利用n型半導(dǎo)體（石墨相氮化碳，g-C3N4）和ap型半導(dǎo)體（CuZIF-67），合成了具有異質(zhì)結(jié)帶隙結(jié)構(gòu)的正極材料。

此外，研究人員在真實(shí)的無光條件下進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證具有交替能級(jí)p-n異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光活性雙功能催化劑的商業(yè)潛力。該電池原型的能量密度達(dá)到731.9 mAh gZn-1，與現(xiàn)有鋅空氣電池的最佳性能相當(dāng)。在有太陽光的情況下，能量密度提高了約7%，高達(dá)781.7 mAh gZn-1，具有良好的循環(huán)性能（334h，1000次循環(huán)），是已知催化劑中性能最好的。

研究人員表示，利用太陽能，有助于提高充電電池的電化學(xué)性能，也是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)社會(huì)的重要組成部分。除了解決金屬-空氣電池的挑戰(zhàn)性問題，還希望這種催化劑能促進(jìn)半導(dǎo)體物理和電化學(xué)新融合技術(shù)的發(fā)展。

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