鋅空氣電池通過大氣中的氧氣和鋅之間的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電力，被認(rèn)為是滿足電動(dòng)汽車而不是鋰離子電池爆炸性需求的下一代候選電池。它們理論上滿足下一代二次電池所需的所有特性，例如高能量密度、低爆炸風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)保(不排放污染物)和低成本材料(鋅和空氣，可以很容易地從自然)。

韓國科學(xué)技術(shù)研究院(KIST)宣布，由JoongKeeLee博士(儲(chǔ)能研究中心)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)了一種利用太陽能提高鋅空氣電池電化學(xué)性能的技術(shù)，該技術(shù)正在興起二次電池領(lǐng)域的新研發(fā)領(lǐng)域。

研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的電池采用具有交替能級半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的光活性雙功能空氣電催化劑，顯著提高了發(fā)電的氧還原反應(yīng)(ORR)和析氧反應(yīng)(OER)的速率。光活性雙功能催化劑是一種通過吸收光能來加速化學(xué)反應(yīng)的化合物，比傳統(tǒng)的鋅空氣電池催化劑具有更高的光吸收能力。

在以金屬和空氣作為電池正負(fù)極的鋅空氣電池中，必須交替進(jìn)行OER和ORR，以將氧氣作為正極活性物質(zhì)進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換。因此，由碳材料制成的正極集流體的催化活性是決定鋅空氣電池能量密度和整體電池效率的重要因素。

因此，KIST研究小組將重點(diǎn)放在pn異質(zhì)結(jié)這一太陽能電池和半導(dǎo)體的基本結(jié)構(gòu)單元上，作為提高鋅空氣電池慢催化活性的措施。目標(biāo)是通過使用發(fā)生電子運(yùn)動(dòng)的半導(dǎo)體的界面特性來加速氧氣的產(chǎn)生減少過程。為此，合成了具有異質(zhì)結(jié)帶隙結(jié)構(gòu)的陰極材料，具有n型半導(dǎo)體(石墨氮化碳，gC3N4)和p型半導(dǎo)體(銅摻雜的ZIF-67(ZeoliticImidazolateFramework-67)，CuZIF-67)。

此外，為了確認(rèn)具有交替能級的pn異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的光活性雙功能催化劑的商業(yè)潛力，在沒有光的真實(shí)條件下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。原型電池的能量密度為731.9mAhgZn-1，與現(xiàn)有鋅空氣電池的最佳性能相似。在陽光照射下，能量密度增加約7%，達(dá)到781.7mAhgZn-1和優(yōu)異的循環(huán)性能(334小時(shí)，1000次循環(huán))，在已知催化劑中表現(xiàn)出最好的性能。

李博士說：“太陽能的利用不僅是提高二次電池電化學(xué)性能的重要組成部分，也是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)社會(huì)的重要組成部分。我們希望這項(xiàng)技術(shù)將成為推動(dòng)新融合技術(shù)發(fā)展的催化劑。半導(dǎo)體物理和電化學(xué)，此外還解決了作為鋰離子電池替代品出現(xiàn)的金屬空氣電池的困難。”

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