新型高效催化劑問世 助力鋅-空氣電池實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用
鋅-空氣電池也稱為鋅-氧空氣電池，是一種體積小、電荷容量大、質(zhì)量小、能在寬廣的溫度范圍內(nèi)正常工作、無腐蝕且工作安全可靠的環(huán)保電池。由于其優(yōu)質(zhì)性能，被專家們認(rèn)為是裝備電動汽車等產(chǎn)品的理想動力電源。
就在近日，安徽工業(yè)大學(xué)曾杰教授、劉明凱教授，聯(lián)合中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李洪良副教授設(shè)計(jì)了一種通過界面錨定策略精準(zhǔn)調(diào)控單原子之間距離的通用方法，并利用該方法成功開發(fā)出新型高效催化劑——雙原子鐵催化劑。該催化劑在鋅-空氣電池中表現(xiàn)優(yōu)異，性能超越貴金屬鉑。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然·通訊》雜志。
由于鋅-空氣電池的正極催化劑材料是貴金屬鉑，而貴金屬鉑的儲量有限且價(jià)格昂貴，導(dǎo)致鋅-空氣電池尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。因此，開發(fā)出能夠替代貴金屬鉑且性能優(yōu)越的正極催化劑，實(shí)現(xiàn)鋅-空氣電池推廣應(yīng)用尤為重要。
針對上述難題，科研人員創(chuàng)造性地將化學(xué)刻蝕和氮源錨定的方法相結(jié)合，制備出高純度的雙原子鐵催化劑，并借助界面錨定策略實(shí)現(xiàn)了對相鄰兩個(gè)鐵原子之間距離的精準(zhǔn)調(diào)控。同時(shí)，他們還將該方法拓展應(yīng)用到一系列非貴金屬催化劑中，制備出包括鐵、銅、鈷、鎳、鋅、錳等多種非貴金屬雙原子催化劑。
實(shí)驗(yàn)證明，這種雙原子鐵催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性、耐復(fù)雜環(huán)境能力和長時(shí)穩(wěn)定性。用這種雙原子鐵催化劑組裝的鋅-空氣電池的功率密度高達(dá)190.6毫瓦每平方厘米，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)鉑催化劑組裝的鋅-空氣電池的功率密度。
新型高效催化劑的成功研發(fā)是能源技術(shù)領(lǐng)域的一次重要突破。這項(xiàng)研究為開發(fā)用于鋅-空氣電池的低成本、高性能催化劑提供了新的思路。未來，隨著技術(shù)的不斷優(yōu)化升級，鋅-空氣電池有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。
素材來源：科技日報(bào)
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