Zn-Air電池/Science/WeiSun:基於過氧化鋅的可充電鋅空氣電池

2021-02-24 金屬空氣電池

【摘要】

        可充電鹼性鋅-空氣電池具有較高的能量密度和安全性，但由於4電子（e-）/氧（O2）化學反應緩慢，需要水的參與，以及由於鹼性電解質和大氣二氧化碳引起的寄生反應而產生的電化學不可逆性。

        在這裡，我們報告了一種鋅-O2/過氧化鋅（ZnO2）化學，該化學在非鹼性水電解質中通過2e−O2過程進行，這使得鋅-空氣電池中的氧化還原反應具有高度可逆性。這種ZnO2化學是由於空氣陰極上的疏水性三氟甲烷磺酸鹽陰離子引起的貧水富鋅內亥姆霍茲層而實現的。這樣構造的非鹼性鋅-空氣電池不僅能在環境空氣中穩定工作，而且比鹼性電池表現出更好的可逆性。

【圖文】

 

【結論】

        我們證明了基於可逆O2/ZnO2化學的非鹼性ZAB。綜合表徵和模擬確定了疏水性OTf-陰離子在指示有利於ZnO2形成和抑制H2O相關反應的電化學雙層結構中的關鍵作用。利用Zn(OTf)2電解質中空氣陰極和鋅金屬陽極的高可逆性，鋅-空氣全電池在環境空氣中表現出良好的循環性能，儘管電池結構簡單。

        通過電解液性質對界面結構的這種調整提供了一種解決電化學不可逆性的方法，這種不可逆性不僅困擾著鹼性ZABs，而且幾乎困擾了所有的金屬空氣電池幾個世紀，特別是那些使用豐富材料的具有高理論能量密度的電池，但只能在鹼性電解質中作為一次電池或機械充電電池。示例包括鎂空氣[理論比能：6815瓦時Wh kg−1]、鐵空氣（1229 Wh kg−1）或鋁空氣（8076 Wh kg−1）。

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