中国新型锌空气电池实现200小时稳定循环

海水锌空气电池因其高能量密度而成为前景广阔的储能技术。中国研究人员采用催化剂新策略，成功提升了碱性海水锌空气电池的氧还原性能。

随着海洋电气化和蓝色能源采集加速发展，传统铂碳阴极在天然海水中会因氯离子毒化活性位点并改变氧还原路径而失效。中南大学与西交利物浦大学的研究团队开发了一种通用氧化聚合方法，通过杂原子（氯或硫）轴向锚定铁-氮₄单原子位点，构建出方锥形"氯-铁-氮₄"催化剂。该催化剂既能排斥氯离子，又将反应动力学提升一倍。

海水锌空气电池展现稳定循环性能

采用氯-铁-氮₄催化剂制备的海水锌空气电池，在245.1 mA cm−2电流密度下实现187.7 mW cm−2的功率密度，并保持200小时稳定循环。发表于《纳米微米通讯》的研究显示，该催化剂在碱性合成海水中达到5.8 mA cm−2的极限电流密度和0.931 V（相对于可逆氢电极）的半波电位，性能优于商用40%铂碳催化剂。

通用合成策略

研究人员指出，海水锌空气电池因高能量密度和直接使用海水电解质的特性，成为极具潜力的储能装置，但其效率受限于缓慢的氧还原反应动力学及传统催化剂的氯离子侵蚀问题。本研究提出构建杂原子轴向配位铁-氮₄单原子海水催化剂的通用合成策略，X射线吸收光谱证实其具有五配位方锥形结构。

研究表明，氯-铁-氮₄在海水环境中表现出更强的抗氯毒化能力。计时电流测试和锌空气电池循环性能评估证实了其稳定性提升。密度泛函理论计算显示，轴向杂原子的引入改变了铁单原子的电子中心，产生更具活性的反应中间体，并提高铁单原子位点的电子密度，从而增强吸附中间体的还原效率，最终提升整体氧还原催化活性。

据新闻稿称，这项系统性研究为转化海洋中含量最丰富的阴离子——氯离子——提供了材料设计范式，将其从毒化因子转变为性能描述符，为真正适应海水环境的储能转换装置开辟道路。结合可印刷锌阳极，该催化剂使软包电池能直接在海水环境中运行，为浮标传感器和无人水下航行器带来可能。同时，该技术还可实现离网海水淡化——在低过电位下产生的高电流密度，使锌空气电池驱动的膜泵系统比传统反渗透系统节能30%。

研究人员表示，前驱体墨水采用水/乙醇基配方，最高加工温度低于1000°C，这使得卷对卷生产工艺能与现有碳纤维生产线兼容。本研究提出的通用合成策略，通过氧化聚合获得五配位方锥形构型。轴向配位引入强电负性杂原子（硫和氯），能显著改变传统铁-氮₄构型的对称性并调控其电子结构。

与传统电池不同，海水锌空气电池直接利用高离子电导率的海水作为电解质，既避免消耗淡水资源，又能在海洋环境中实现低成本、可扩展的应用。

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