数理科学学院汪胜祥教授团队在柔性锌空气电池领域研究取得新进展

近日，我校数理科学学院汪胜祥教授和武汉理工大学寇宗魁教授以“Correlative Mn-Co catalyst excels Pt in oxygen reduction reaction of quasi-solid-state zinc-air batteries”为题在工程技术领域国际知名期刊《Nano Research》（中科院一区Top期刊）发表高水平论文。武汉纺织大学为第一单位，数理科学学院汪胜祥教授和武汉理工大学寇宗魁教授为共同通讯作者，数理科学学院教师王婷婷博士为论文第一作者。

锌空气电池(ZABs)具有较高的理论能量密度(1086 Wh/kg)。与水系锌空电池相比，固态锌空电池具有安全，低成本等优势，同时又具备更好的机械强度，不容易出现电解液泄露、短路等问题。随着全球便携式和可穿戴电子产品市场的快速扩张，进一步推动了柔性准固态ZABs的广泛研究。尽管具有巨大的商业化潜力，但采用准固态电解质的柔性ZABs仍处于早期阶段。近年来，一系列在液态ZAB中表现良好优于贵金属基的电催化剂（铂、铱、钌基电催化剂）在准固态ZAB运行条件下电压效率及稳定性（电压差）显著衰减，仍然无法与贵金属催化剂相媲美。然而目前，准固态ZAB的催化剂是基于其在液态电池中的表现来设计制备的，对分析电催化剂在准固态电解质条件下的构效关系具有局限性，这极大阻碍了准固态ZAB的商业化进程。

针对上述问题，作者利用硼氢化钠辅助Mn ²⁺与Co ²⁺离子共沉淀、原位合成高锰含量的双金属Mn/Co MOF，对前驱体进行一步碳化，在Co-N-C中引入Mn活性位点。在研究锰钴催化剂（Mn/Co-BNC）的过程中发现：同一催化剂在碱性液态氧还原反应（ORR）中活性低于商业铂碳催化剂，但是组装成准固态锌空气电池后发生明显的反转。对比分析RDE测试结果及准固态电池性能并结合多种图谱表征，发现锰钴催化剂 Co、Mn协同优化催化剂在少水环境中对氧气和水的吸附活性，Mn活化O₂而Co活化H₂O，协同催化伴随质子转移的电极反应，图1。

图. 准固态锌空气电池Mn/Co-BNC电催化剂表面氧气和水活性机理分析

该发现不仅揭示了准固态锌空气电池催化剂设计的一个重要原理，这一研究将有力推动准固态锌空气电池的实用化进程。