锌 - 空气电池 :三管齐下可彻底改变 反复充电特性 诸平 据悉尼大学（ University of Sydney ） 2017 年 8 月 15 日 提供的消息 , 悉尼大学的研究员 已经开发出可以反复充电放电的 锌 - 空气电池（详见图 1 ）。 Fig 1 University of Sydney researcher holds up a rechargeable zinc-air battery. Credit: The University of Sydney 悉尼大学的研究人员发现了一个解决阻止锌 - 空气电池在电子设备的电源选择 方面， 取代传统锂离子电池的最大障碍 的方案 。 锌 - 空气电池 是由 金属 锌和空气中的氧气 构成的电池 。由于全球金属锌 资源丰富，因此生产此类 电池比锂离子电池更便宜 , 成本更低。它 们也可以存储更多的能量 ( 理论上 是 锂离子电池 的 5 倍以上 ), 而且 更安全和 更环保。 目前锌 - 空气电池作为能源用于助听器和一些胶片相机 以及 铁路信号设备 , 其 广泛使用 一直受阻，其最大障碍就是 其 充电问题， 已 被证明是困难的。这是由于 在电池 放电和充电 过程中， 缺乏 成功进行还原 并生成氧气 的电催化剂（ electrocatalysts ） 。 2017 年 8 月 14 日 在《先进材料 》（ Advanced Materials ） 杂志网站上发表了 悉尼大学 （ University of Sydney ） 和南洋理工大学 （ Nanyang Technological University ） 化学工程研究人员 合作 撰写的一篇论文 ， 阐述 了一种新的三步法来克服这 以难题。详见 Li Wei, H. Enis Karahan, Shengli Zhai, Hongwei Liu, Xuncai Chen, Zheng Zhou, Yaojie Lei, Zongwen Liu, Yuan Chen . Amorphous Bimetallic Oxide-Graphene Hybrids as Bifunctional Oxygen Electrocatalysts for Rechargeable Zn-Air Batteries （点击可以下载原文） . Advanced Materials , First published: 14 August 2017 , DOI: 10.1002/adma.201701410 . 根据 来自 悉尼大学工程和信息技术 学院（ University of Sydney's Faculty of Engineering and Information Technologies ）的领导 作者陈 远 （ Yuan Chen 音译 ） 教授 介绍 , 为了 从头构建可充电锌 - 空气电池 ， 他们的 新方法可以用来创建双功能氧 电催化剂 。 陈教授说： “迄今为止 , 充电锌 - 空气电池已经 将 昂贵的贵金属 如 铂和铱氧化物等 用作为催化剂 。相比之下 , 我们的 新 方法可以产生一系列新的高性能和低成本的催化剂 。 ” 通过 同时控制 下面步骤来生产 这些新的催化剂 ： 其一是 组成 ； 其二是 大小 ； 其三就是地球上丰富元素如 铁、钴 、 镍金属氧化物的结晶度。 然后，它 们 就 可以用 来构建可 充电 的 锌 - 空气电池。 论文 的第一作者、悉尼大学化学与生物分子工程学院的魏丽 博士 （ Dr Li Wei音译 ） 说 ， 用 新催化剂 开发的 锌 - 空气电池 的 试验 已经证明 具有 优 良的可充电性（ excellent rechargeability ）， 包括放电 / 充电循环周期超过 60 次，时间为 120 小时 ， 但是其 电池功 率 下降 不足 10% 。陈教授补充说 ： “ 我们正在解决对我们社会 而言， 实现更可持续的 金属 - 空气电池 的基础性 技术挑战 。 ” 更多信息请注意浏览原文或者修改其他报道： Breakthrough enables safer alternative to lithium-ion batteries Zinc-air batteries: Three-stage method could revolutionise rechargeability Abstract Metal oxides of earth-abundant elements are promising electrocatalysts to overcome the sluggish oxygen evolution and oxygen reduction reaction (OER/ORR) in many electrochemical energy-conversion devices. However, it is difficult to control their catalytic activity precisely. Here, a general three-stage synthesis strategy is described to produce a family of hybrid materials comprising amorphous bimetallic oxide nanoparticles anchored on N-doped reduced graphene oxide with simultaneous control of nanoparticle elemental composition, size, and crystallinity. Amorphous Fe 0.5 Co 0.5 O x is obtained from Prussian blue analog nanocrystals, showing excellent OER activity with a Tafel slope of 30.1 mV dec −1 and an overpotential of 257 mV for 10 mA cm −2 and superior ORR activity with a large limiting current density of −5.25 mA cm −2 at 0.6 V. A fabricated Zn–air battery delivers a specific capacity of 756 mA h g Zn −1 (corresponding to an energy density of 904 W h kg Zn −1 ), a peak power density of 86 mW cm −2 and can be cycled over 120 h at 10 mA cm −2 . Other two amorphous bimetallic, Ni 0.4 Fe 0.6 O x and Ni 0.33 Co 0.67 O x , are also produced to demonstrate the general applicability of this method for synthesizing binary metal oxides with controllable structures as electrocatalysts for energy conversion.
标签: 充电特性
