电力信息化
析氧反应 (OER) 和氧还原反应 (ORR) 是构筑可充放电锌-空气电池的两个至关重要的化学反应过程。目前,高效的析氧以及氧还原催化剂都是贵金属催化剂 (Pt/C 或者 IrO2),但是其价格昂贵以及稳定性差严重影响了其实际应用。因此,开发成本低、催化活性高以及稳定性好的电催化剂材料成为研究重点。
提高催化剂活性的策略包括:1. 增加材料本身的反应活性;2. 增加材料的反应活性位点。基于以上因素,将反应活性位点高效分散于高比表面积的多孔材料表面是提高催化剂活性的有效途径。高效的电催化剂将促进高效锌-空气电池的开发。其次,电池在使用过程中不可避免会遇到撞击,如果电池可压缩,会极大的减小撞击过程中电池的损坏。
最近,香港城市大学的支春义老师课题组在ACS nano上(影响因子:13.9)发表了一篇题为“Single-SiteActive Iron-Based Bifunctional Oxygen Catalyst for a Compressible andRegeable Zinc–Air Battery”的文章。设计合成了一种单点分散的Fe-N-C催化活性位点于氮掺杂多孔碳中的高效电催化剂以及可压缩聚丙烯酰胺水凝胶 (PAM)电解质,并将此高效电催化剂以及可压缩水凝胶电解质用于可压缩锌-空气电池,其表现出优异的机械性能以及电化学性能。
研究发现,将Fe离子用2,2-Bipy络合,并将其嵌入金属有机框架材料(ZIF-8) 中,通过高温煅烧可得到Fe-N-C 活性位点以单点形式分散于多孔碳中,其具有优异的催化活性(半波电位:0.86 V for ORR, 390 mV过电位for OER)。其次,将此催化剂以及PAM可压缩水凝胶应用于固态锌-空气电池,在275倍电池重量压力下(54%压缩量)条件下,锌空气电池依然有116.7 mW/cm^2的输出功率,并且可以保持98.93%的电化学性能。