Воздушно-дышащий катод повышает эффективность преобразования и долговечность щелочных никель-цинковых батарей.
Никель-цинковые (Ni-Zn) аккумуляторы являются перспективной технологией благодаря высокому выходному напряжению, высокой теоретической удельной энергии, высокой безопасности и низкой стоимости. Однако перезаряжаемые щелочные никель-цинковые батареи представляют собой сложную задачу, поскольку катодная побочная реакция выделения кислорода приводит к низкой энергоэффективности и плохой стабильности.
Недавно исследовательская группа под руководством профессора Янга Вейшена и доктора Чжу Кайюэ из Даляньского института химической физики (DICP) Китайской академии наук предложила сконструировать воздушно-дышащий катод с использованием реакции бокового выделения кислорода (OER) в Ni. -Zn батареи путем соединения электрокатализаторов для реакций восстановления кислорода (ORR) в катоде.
Эта новая батарея (Ni-ZnAB) продемонстрировала сверхдлительный срок службы и сверхвысокую энергоэффективность (85%), превосходя никель-цинковую батарею и воздушно-цинковую батарею.
Это исследование было опубликовано в Angewandte Chemie International Edition 27 марта.
Неизбежный OER в процессе зарядки Ni-Zn снижает энергоэффективность и кулоновский КПД, что приводит к плохим возможностям накопления и высвобождения энергии. Хотя ОЭС в катоде можно частично подавить, контролируя зарядное напряжение (но за счет емкости) и используя добавки к электролиту, этих стратегий, к сожалению, недостаточно для полного решения проблемы ОЭС в системе Ni-Zn.
В этой работе исследователи предложили использовать OER в никель-цинковых батареях путем соединения электрокатализаторов для ORR в катоде. Этот подход позволил бы использовать кислород, образующийся во время зарядки через OER, во время разряда, аналогично механизму дыхания воздухом.
В этих никель-цинковых батареях с воздухопроницаемыми катодами (называемых батареями Ni-ZnAB) OER в катоде больше не был нежелательной побочной реакцией в процессе зарядки. Кроме того, потеря кулоновской эффективности от гидроксида никеля может быть компенсирована ORR. По сравнению с обычными никель-цинковыми батареями новые батареи Ni-ZnAB продемонстрировали значительно улучшенную стабильность при циклировании и энергоэффективность.
Благодаря стабилизирующему действию на электролит и электрод, Ni-ZnAB аккумулятор мешочного типа продемонстрировал превосходные характеристики циклирования в течение 100 часов при емкости 45 мАч и средней энергоэффективности 85,1%, что указывает на потенциал Ni-ZnAB. батарея для практического применения. Для дальнейшего повышения стабильности при циклировании была разработана Ni-ZnAB батарея литейного типа с обогащенным электролитом, которая обеспечивает сверхвысокую стабильность в 500 циклов с энергоэффективностью выше 80%, демонстрируя значительное улучшение по сравнению с Ni- Zn .
«Наши результаты подчеркивают важность включения воздухопроницаемого катода в никель-цинковые элементы для повышения их стабильности и энергоэффективности , а также демонстрируют потенциал батарей Ni-ZnAB в качестве ценного ориентира для разработки высокостабильных никель-цинковых батарей», — сказал профессор Ян.
