復旦大學材料科學系青年研究員王飛團隊通過國際合作開發了一種可充電鋅空氣電池。日前，相關研究成果發表于《科學》。
鋅空氣電池具有高理論能量密度、高安全性、低成本等優點，是一種具有前景的儲能技術。目前鋅空氣電池主要使用高濃度堿性溶液作為電解液，電池無法在空氣中長時間工作。
王飛團隊與美國、德國的研究團隊合作，通過設計電解液的組成和調控電極表面雙電層，首次探索并實現了一種全新的基于過氧化鋅的可逆生成的反應機制，并利用該反應機制制備了新型的非堿性鋅空氣電池;通過使用以三氟甲磺酸鋅為代表的具有疏水陰離子的鋅鹽作為電解液，在空氣正極表面構筑了以鋅離子富集為特征的雙電層結構，從而實現了鋅離子與氧氣反應的2電子轉移反應，有效抑制了水分子參與的4電子反應。
在三氟甲磺酸鋅電解液中，空氣正極雙電層結構中的鋅離子與水分子的比值明顯高于硫酸鋅電解液，鋅離子直接參與的2電子轉移反應更易發生。理論模擬之外，實驗結果也證實了在三氟甲磺酸鋅電解液中正極發生2電子轉移反應。材料分析方法結合電化學測試確定了過氧化鋅為正極放電產物。非堿性鋅空氣電池中，電解液不與空氣中的二氧化碳發生副反應，電池在空氣中和氧氣中均表現出穩定的長循環性能。
與傳統的堿性鋅空氣電池相比，該非堿性鋅空氣電池具有明顯優勢：鋅負極利用率高，從而大幅提高電池的能量密度，降低單位能量密度的電池成本;電池充放電反應可逆性高，具有長循環壽命;電池可在空氣中穩定運行，簡化了電池結構，降低電池組件的耐腐蝕性要求。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1126/science.abb9554
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