27日，記者從中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所獲悉，該所研究員陳忠偉團隊針對鋅空氣電池的相關(guān)研究取得系列突破，團隊圍繞該領(lǐng)域沿三條互補路徑持續(xù)推進研究，為多能融合能源技術(shù)路線提出面向未來的低成本、大規(guī)模、大容量長時儲能技術(shù)。團隊近期多篇研究成果發(fā)表于《美國化學(xué)協(xié)會期刊》《Small》等國際期刊。
作為最早被發(fā)明的電池技術(shù)，鋅空氣電池實現(xiàn)了通過以氧氣為燃料提供電能。該技術(shù)還推動了后續(xù)基于鋁、鐵、鋰、鈉等金屬的空氣電池技術(shù)的提出和開發(fā)。但鋅離子具有在水系電解液中較為惰性的化學(xué)性質(zhì)，成為了鋅空氣電池電化學(xué)可充放電化的發(fā)展瓶頸，也使其陷入了較長時間的學(xué)術(shù)沉寂。
“團隊在堿性環(huán)境下鋅負(fù)極研究方面取得重要突破。”陳忠偉介紹，研究人員首次在鋅負(fù)極上構(gòu)建起In MOF有機無機雜化人工固態(tài)電解質(zhì)界面。這一創(chuàng)新設(shè)計不僅解決了鋅負(fù)極界面的副反應(yīng)問題，還能誘導(dǎo)鋅離子沿晶面有序沉積，攻克了鋅金屬負(fù)極不可控的枝晶生長和析氫腐蝕副反應(yīng)難題，為開發(fā)高性能水系鋅電池開辟了新的研究方向。
針對傳統(tǒng)無機材料催化劑制備與研究的瓶頸問題，團隊給出了創(chuàng)新性解決方案。傳統(tǒng)無機材料催化劑通常需經(jīng)高溫?zé)峤庵苽�，而這一過程易導(dǎo)致催化劑活性中心結(jié)構(gòu)不均一，嚴(yán)重阻礙了催化機理的深入研究。對此，團隊基于網(wǎng)狀化學(xué)設(shè)計理念，在分子水平上創(chuàng)新性地調(diào)控金屬有機框架材料的孔道結(jié)構(gòu)和金屬d軌道電子特性，成功開發(fā)出新一代“免熱解”電催化劑，徹底解決了傳統(tǒng)熱解催化劑活性位點不可控的難題。
在此基礎(chǔ)上，團隊進一步通過構(gòu)建芳香——雜環(huán)雙配體環(huán)境，實現(xiàn)了對Co自旋態(tài)的精準(zhǔn)調(diào)控。這一動態(tài)可調(diào)的電子特性，顯著提升了鋅空氣電池空氣電極的反應(yīng)動力學(xué)，有效減小了電池充放電電壓差，大幅提高了高面積容量下的能量轉(zhuǎn)換效率。
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