超过1000小时！暨南大学孟辉，EES：超窄循环电压窗口的锌-醇-空气电池！

在各种能量转换和存储系统中，金属-空气电池（如锌、铝、镁、锡等）被认为是下一代可持续能源设备的有希望的候选者。作为半燃料电池，金属-空气电池既可以通过放电产生电能，也可以通过充电储存能量。由于其高理论能量密度（1350WH/kg）、低成本（3美元/kg）、固有安全性（使用水性电解质）以及实现高效率和长循环寿命的能力，锌-空气电池（ZABs）尤其具有吸引力。

在此，暨南大学孟辉团队提出了一种创新的锌-空气电池。即通过将传统的析氧反应（OER）替换为更有利的醇氧化反应（AOR），构建了多种锌-醇-空气电池。该团队成功地将醇氧化反应引入锌-空气电池作为空气电极的充电反应，并使用AuPd@C双功能催化剂，通过DFT计算进一步研究了其活性。

与传统的锌-空气电池相比，该种创新的锌-醇-空气电池展示了更高的开路电压1.49V和充电电压降低600mV，特别是锌-乙醇-空气电池在0.01、0.1和2 mA cm^-2的电流密度下能够以约1、8和80 mV的超窄循环窗口运行，对应的往返效率超过99.9%、99.3%和94.5%。

此外，由于醇对锌电极的保护作用以及在空气电极上消除了气体产生反应，该电池展现了出色的比容量800.9 mA h g_Zn^-1、能量密度1020.6 kW h kg_Zn^-1和超过1000小时的循环稳定性。

图1. 锌-乙醇-空气电池的开路电压（OCV）图

总之，该工作成功将醇氧化反应引入锌-空气电池作为空气电极的充电反应，构建了各种锌-醇-空气电池。AuPd@C双功能催化剂在空气电极上展现出卓越的活性，通过DFT计算进一步研究了其活性。与传统的锌-空气电池相比，锌-醇-空气电池展示了更高的开路电压1.49V和充电电压降低600mV。

此外，锌-醇-空气电池在0.01、0.1和2 mA cm^-2的电流密度下能够以约1、8和80 mV的超窄循环窗口运行且展现了出色的比容量800.9 mA h g_Zn^-1、能量密度1020.6 kW h kg_Zn^-1和超过1000小时的循环稳定性。因此，该工作可以为金属-空气电池及其他创新能源设备的原则性设计提供重要支持。

图2. 锌-甘油-空气电池、锌-甘油醇-空气电池和锌-赤藓糖醇-空气电池的电化学性能

Zinc–alcohol–air batteries with ultra-narrow cyclic voltage windows, Energy & Environmental Science 2024 DOI: 10.1039/D4EE04691A

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