吸气式阴极提高碱性镍锌电池的转换效率和耐用性

镍锌(Ni-Zn)电池具有输出电压高、理论比能量高、安全性高、成本低等优点，是一种很有前途的技术。然而，可充电碱性镍锌电池具有挑战性，因为析氧的阴极副反应导致低能效和稳定性差。

近日，由中国科学院大连化学物理研究所(DICP)杨伟申教授和朱开跃博士领导的研究小组提出，通过在阴极中偶联氧还原反应(ORR)的电催化剂，在镍锌电池中利用侧析氧反应(OER)构建吸气阴极。

这种新型电池(Ni-ZnAB)表现出超长的寿命和超高的能源效率(85%)，优于Ni-Zn电池和Zn-空气电池。

Ni-Zn充电过程中不可避免的OER会降低能效和库仑效率，导致能量存储和释放能力差。尽管可以通过控制充电电压(但以牺牲容量为代价)和使用电解质添加剂来部分抑制阴极中的OER，但不幸的是，这些策略不足以完全解决Ni-Zn系统中的OER问题。

在这项工作中，研究人员提出通过在阴极中偶联ORR的电催化剂来利用镍锌电池中的OER。这种方法将使通过开放式教育资源充电期间产生的氧气能够在放电过程中得到利用，类似于空气呼吸机制。

在这些带有吸气阴极的镍锌电池(称为镍锌电池)中，阴极中的OER不再是充电过程中的不良副反应。此外，氢氧化镍的库仑效率损失可以通过ORR来补偿。与传统的镍锌电池相比，新型镍锌电池表现出显着提高的循环稳定性和能源效率。

由于对电解液和电极的稳定作用，软包式镍锌电池表现出优异的100小时循环性能，容量为45 mAh，平均能效为85.1%，表明镍锌电池具有实际应用的潜力。为了进一步提高循环稳定性，设计了一种富含电解液的模具型Ni-ZnAB电池，该电池具有500次循环的超高稳定性，能效高于80%，与Ni-Zn相比有显著的改进。

杨教授说：“我们的研究结果强调了在镍锌电池中加入吸气阴极以提高其稳定性和能源效率的重要性，并展示了镍锌电池作为设计高度稳定的镍锌电池的宝贵指南的潜力。

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