近日，遼寧科技大學化學工程學院“能源材料與電化學”遼寧省重點實驗室在匹配鋅-空氣電池陰極反應動力學的電極設計研究領域取得進展，研究成果“An asymmetric electrode matching reversible kinetics of oxygen reaction for a rechargeable Zn-air battery”在材料類TOP期刊《Chemical Engineering Journal》發表。論文第一作者為2018級博士研究生李姝馨，通訊作者為安百鋼教授，遼科大為第一通訊單位。

可充電鋅-空氣電池 (ZAB) 因其理論能量密度高、結構簡單、環境友好、成本效益高等優點，被認為是一種理想的能量系統。ZAB以金屬鋅為陽極、空氣為陰極，其放電和充電過程分別對應發生在空氣陰極上的氧還原反應 (ORR) 和氧析出反應 (OER)。由于ORR和OER的反應動力學均很緩慢，因此，構建具有高效ORR/OER雙功能催化劑的空氣陰極，對于催化劑的本征活性和活性位點的可及性起到至關重要的作用。然而，多相氣-液-固反應在ORR/OER過程需要合理的電極設計以提供與多相反應動力學相匹配的優化界面。為解決這一問題，該研究設計并制備了一種不對稱陰極 (Asy-electrode )，以碳布上包裹Co納米顆粒的碳納米管陣列 (CNAs) 作為親氣側 (AI-side) 匹配并增強ORR動力學，另一側以鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物 (NiFe-LDH) 沉積在CNAs上作為疏氧（親水）側 (AO-side) 提高OER動力學。這種獨特的電極結構設計有效平衡了O₂和OH-的吸附和解吸，促進了氣相和液相反應物及產物的傳質、吸附和解吸。這種不對稱陰極用于鋅-空氣電池，展現出高功率密度、比容量和倍率性能，且在高電流密度下具有優異的長循環充放電穩定性，電極兩側的親氣/親水界面結構增強了陰極上的動力學，改善了充放電反應的可逆性。

據介紹，該項研究工作得到了國家自然科學基金和遼寧省能源材料與電化學重點實驗室的支持。（供稿單位：化工學院 圖片來源：化工學院）