“可呼吸式”的电池

　　近日，大连化物所催化基础国家重点实验室无机膜与催化新材料研究组（504组）杨维慎研究员和朱凯月副研究员团队在碱性镍锌电池研发方面取得新进展，提出了一种新型正极的设计策略，通过在氢氧化镍正极上负载氧还原催化剂（例如Pt、MnO₂等），制备出“可呼吸式”氢氧化镍正极，显著提高了镍锌电池的能量转化效率和循环稳定性。

　　碱性镍锌电池具有能量密度大、功率密度高、安全性好、成本低等优点，在便携电源和动力电池领域极具潜力。Ni(OH)₂是最为理想的镍锌电池正极之一，其具有成本低、氧化还原电位高等优点。然而，在充电过程中，Ni(OH)₂被氧化后生成NiOOH，后者是良好的氧析出（OER）催化剂，容易在电极表面发生析氧副反应，导致电池能量转化效率低和稳定性差等问题。

　　本工作中，研究团队制备了“可呼吸式”氢氧化镍正极，提高了镍锌电池的能量密度和稳定性。团队发现，在采用“可呼吸式”正极的镍锌电池（Ni-ZnAB）中，充电过程中产生的氧气可以在放电过程中被氧还原催化剂利用，从而显著提高了电池的能量转化效率和库伦效率；同时，电极和电解质均得到改善，电池的循环稳定性也得到提升。在循环50小时后，传统Ni-Zn电池电解质中锌的浓度从15 g L^-1降到了8 g L^-1，而Ni-ZnAB电池中则保持稳定。此外，传统Ni-Zn电池正极侧的Ni(OH)₂颗粒出现了严重的破裂脱落问题，而Ni-ZnAB电池正极侧的Ni(OH)₂维持良好的纳米片形貌。最终，组装的软包电池在2 mA cm^-2下能够实现100小时的高稳定性，且平均能量效率为85%，明显优于传统Ni-Zn电池。在富电解液的体系中，Ni-ZnAB电池能够实现长达500圈（250小时）的超高稳定性，能量效率始终高于80%，最高功率达到98 mW cm^-2, 展示了Ni-ZnAB的重要应用潜力。

　　该工作不仅开发出了一种能够利用镍锌电池副产物的可呼吸式正极，同时揭示了贫电解液体系碱性电池失效的根本原因，为高能量密度和高稳定性镍锌电池的设计提供了新思路。

　　上述工作以“Enhancing Energy Conversion Efficiency and Durability of Alkaline Nickel-Zinc Batteries with Air-Breathing Cathode”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上，并被选为“Very Important Paper”。该工作的第一作者是我所504组博士研究生谢威立。上述工作得到了国家自然科学基金、我所创新基金等项目的资助。

　　文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202303517