北京
这种耐用催化剂基于尖晶石，尖晶石是由镍、铁和氧组成的天然矿物，例如镍磁铁矿。
化学家揭开了一个秘密，可能将锌空气电池转变为终极可充电动力源。
达姆施塔特工业大学的研究人员开发出一种多功能复合材料，使可充电锌空气电池成为可能。
使这类电池可充电一直异常困难，因为在电池内部调控复杂的化学反应构成了重大技术障碍。为应对这一挑战，Jörg J. Schneider 教授领导的研究团队证明，一种由铁、镍和碳制成的新型复合材料可以稳定这些内部过程。
有趣的是，这一进展使可充电锌空气电池能够实现长达300小时的连续运行。
“组装后的二次锌空气电池在恒电流充放电测试中可循环超过300小时，”团队表示。
高效混合催化剂
锌空气电池一直是不太起眼的一次性动力源，主要用于助听器。已知这类电池的储能可达锂离子电池的五倍。但由于在充电过程中控制其复杂的内部化学几乎不可能，它们一直是一次性使用。
团队通过将铁、镍和氧制成的纳米级尖晶石颗粒牢固附着在富含氮和磷的碳材料上解决了这一问题。
尖晶石因其独特特性已在材料科学和电气工程中广泛使用。这种新型材料利用这些特殊的电化学性质，充当持久的内部催化剂。
此前，镍铁氧体是用于驱动可充电锌空气电池内部氧反应催化剂的基础构建单元。
但这些催化剂面临化学活性低和稳定性差的问题，限制了它们在可充电锌空气电池中的应用。为解决这一问题，研究人员通过将微小的镍铁氧体立方体包裹在氮磷掺杂的碳纳米角中，制成了一种混合催化剂。
这种碳外壳提供快速的电子和物质传输，同时产生大量活性反应位点。该结构还保护铁氧体颗粒免于团聚或溶解，从而得到更耐用、更有效的催化剂。
锂，让位吧
这种催化剂表现出令人印象深刻的电化学性能：半波电位高达0.79 V，塔菲尔斜率低至56.5 mV/dec，并具有高效的四电子氧还原路径。
在完整锌空气电池单电池中测试时，它实现了54 mW/cm²的最大功率密度，几乎是标准铂和钌催化剂所设定的28 mW/cm²基准的两倍。
在实验室测试中，该催化剂通过稳定“三相界面”——即固体催化剂、液体电解质和环境氧相互作用的界面——实现了长达300小时的连续运行。因此，该材料能够维持可靠、长期电池功能所需的稳定化学条件。
锌空气技术在成本、安全性和可扩展应用方面相较锂离子系统具有明显优势。锂、钴和镍面临严重供应链问题，而锌、铁和碳等材料全球储量丰富且采购经济。此外，锌空气电池使用不可燃的水基电解质，消除了与锂离子电池相关的危险热失控火灾风险。
虽然中等功率密度使其不太适合快充消费电子产品，但其高能量密度使其非常适合用于支持太阳能和风能的固定式电网储能。最终，规模化锌空气电池还可能作为重型运输和电动汽车的高效远程电源组。
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