中國新型鋅空氣電池實現200小時穩定循環

海水鋅空氣電池因其高能量密度而成為前景廣闊的儲能技術。中國研究人員采用催化劑新策略，成功提升了堿性海水鋅空氣電池的氧還原性能。

隨著海洋電氣化和藍色能源采集加速發展，傳統鉑碳陰極在天然海水中會因氯離子毒化活性位點并改變氧還原路徑而失效。中南大學與西交利物浦大學的研究團隊開發了一種通用氧化聚合方法，通過雜原子（氯或硫）軸向錨定鐵-氮?單原子位點，構建出方錐形"氯-鐵-氮?"催化劑。該催化劑既能排斥氯離子，又將反應動力學提升一倍。

海水鋅空氣電池展現穩定循環性能

采用氯-鐵-氮?催化劑制備的海水鋅空氣電池，在245.1 mA cm?2電流密度下實現187.7 mW cm?2的功率密度，并保持200小時穩定循環。發表于《納米微米通訊》的研究顯示，該催化劑在堿性合成海水中達到5.8 mA cm?2的極限電流密度和0.931 V（相對于可逆氫電極）的半波電位，性能優于商用40%鉑碳催化劑。

通用合成策略

研究人員指出，海水鋅空氣電池因高能量密度和直接使用海水電解質的特性，成為極具潛力的儲能裝置，但其效率受限于緩慢的氧還原反應動力學及傳統催化劑的氯離子侵蝕問題。本研究提出構建雜原子軸向配位鐵-氮?單原子海水催化劑的通用合成策略，X射線吸收光譜證實其具有五配位方錐形結構。

研究表明，氯-鐵-氮?在海水環境中表現出更強的抗氯毒化能力。計時電流測試和鋅空氣電池循環性能評估證實了其穩定性提升。密度泛函理論計算顯示，軸向雜原子的引入改變了鐵單原子的電子中心，產生更具活性的反應中間體，并提高鐵單原子位點的電子密度，從而增強吸附中間體的還原效率，最終提升整體氧還原催化活性。

據新聞稿稱，這項系統性研究為轉化海洋中含量最豐富的陰離子——氯離子——提供了材料設計范式，將其從毒化因子轉變為性能描述符，為真正適應海水環境的儲能轉換裝置開辟道路。結合可印刷鋅陽極，該催化劑使軟包電池能直接在海水環境中運行，為浮標傳感器和無人水下航行器帶來可能。同時，該技術還可實現離網海水淡化——在低過電位下產生的高電流密度，使鋅空氣電池驅動的膜泵系統比傳統反滲透系統節能30%。

研究人員表示，前驅體墨水采用水/乙醇基配方，最高加工溫度低于1000°C，這使得卷對卷生產工藝能與現有碳纖維生產線兼容。本研究提出的通用合成策略，通過氧化聚合獲得五配位方錐形構型。軸向配位引入強電負性雜原子（硫和氯），能顯著改變傳統鐵-氮?構型的對稱性并調控其電子結構。

與傳統電池不同，海水鋅空氣電池直接利用高離子電導率的海水作為電解質，既避免消耗淡水資源，又能在海洋環境中實現低成本、可擴展的應用。

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