天博在线(中国)在匹配氧反应动力学的非对称电极设计研究工作中取得进展

近日，天博在线化学工程学院“能源材料与电化学”辽宁省重点实验室在匹配锌-空气电池阴极反应动力学的电极设计研究领域取得进展，研究成果“An asymmetric electrode matching reversible kinetics of oxygen reaction for a rechargeable Zn-air battery”在材料类TOP期刊《Chemical Engineering Journal》发表。论文第一作者为2018级博士研究生李姝馨，通讯作者为安百钢教授，天博在线(中国)为第一通讯单位。

可充电锌-空气电池 (ZAB) 因其理论能量密度高、结构简单、环境友好、成本效益高等优点，被认为是一种理想的能量系统。ZAB以金属锌为阳极、空气为阴极，其放电和充电过程分别对应发生在空气阴极上的氧还原反应 (ORR) 和氧析出反应 (OER)。由于ORR和OER的反应动力学均很缓慢，因此，构建具有高效ORR/OER双功能催化剂的空气阴极，对于催化剂的本征活性和活性位点的可及性起到至关重要的作用。然而，多相气-液-固反应在ORR/OER过程需要合理的电极设计以提供与多相反应动力学相匹配的优化界面。为解决这一问题，该研究设计并制备了一种不对称阴极 (Asy-electrode )，以碳布上包裹Co纳米颗粒的碳纳米管阵列 (CNAs) 作为亲气侧 (AI-side) 匹配并增强ORR动力学，另一侧以镍铁层状双金属氢氧化物 (NiFe-LDH) 沉积在CNAs上作为疏氧（亲水）侧 (AO-side) 提高OER动力学。这种独特的电极结构设计有效平衡了O₂和OH-的吸附和解吸，促进了气相和液相反应物及产物的传质、吸附和解吸。这种不对称阴极用于锌-空气电池，展现出高功率密度、比容量和倍率性能，且在高电流密度下具有优异的长循环充放电稳定性，电极两侧的亲气/亲水界面结构增强了阴极上的动力学，改善了充放电反应的可逆性。

据介绍，该项研究工作得到了国家自然科学基金和辽宁省能源材料与电化学重点实验室的支持。（供稿单位：化工学院 图片来源：化工学院）