“可呼吸式”的電池

　　近日，大連化物所催化基礎國家重點實驗室無機膜與催化新材料研究組（504組）楊維慎研究員和朱凱月副研究員團隊在堿性鎳鋅電池研發方面取得新進展，提出了一種新型正極的設計策略，通過在氫氧化鎳正極上負載氧還原催化劑（例如Pt、MnO₂等），制備出“可呼吸式”氫氧化鎳正極，顯著提高了鎳鋅電池的能量轉化效率和循環穩定性。

　　堿性鎳鋅電池具有能量密度大、功率密度高、安全性好、成本低等優點，在便攜電源和動力電池領域極具潛力。Ni(OH)₂是最為理想的鎳鋅電池正極之一，其具有成本低、氧化還原電位高等優點。然而，在充電過程中，Ni(OH)₂被氧化后生成NiOOH，后者是良好的氧析出（OER）催化劑，容易在電極表面發生析氧副反應，導致電池能量轉化效率低和穩定性差等問題。

　　本工作中，研究團隊制備了“可呼吸式”氫氧化鎳正極，提高了鎳鋅電池的能量密度和穩定性。團隊發現，在采用“可呼吸式”正極的鎳鋅電池（Ni-ZnAB）中，充電過程中產生的氧氣可以在放電過程中被氧還原催化劑利用，從而顯著提高了電池的能量轉化效率和庫倫效率；同時，電極和電解質均得到改善，電池的循環穩定性也得到提升。在循環50小時后，傳統Ni-Zn電池電解質中鋅的濃度從15 g L^-1降到了8 g L^-1，而Ni-ZnAB電池中則保持穩定。此外，傳統Ni-Zn電池正極側的Ni(OH)₂顆粒出現了嚴重的破裂脫落問題，而Ni-ZnAB電池正極側的Ni(OH)₂維持良好的納米片形貌。最終，組裝的軟包電池在2 mA cm^-2下能夠實現100小時的高穩定性，且平均能量效率為85%，明顯優于傳統Ni-Zn電池。在富電解液的體系中，Ni-ZnAB電池能夠實現長達500圈（250小時）的超高穩定性，能量效率始終高于80%，最高功率達到98 mW cm^-2, 展示了Ni-ZnAB的重要應用潛力。

　　該工作不僅開發出了一種能夠利用鎳鋅電池副產物的可呼吸式正極，同時揭示了貧電解液體系堿性電池失效的根本原因，為高能量密度和高穩定性鎳鋅電池的設計提供了新思路。

　　上述工作以“Enhancing Energy Conversion Efficiency and Durability of Alkaline Nickel-Zinc Batteries with Air-Breathing Cathode”為題，于近日發表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上，并被選為“Very Important Paper”。該工作的第一作者是我所504組博士研究生謝威立。上述工作得到了國家自然科學基金、我所創新基金等項目的資助。

　　文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202303517