金属空气电池,仰望锌空大放异彩

金属空气电池是以空气电极作为正极，金属电极作为负极的电化学电池。放电时，金属离子从负极向正极移动，与从空气中吸入的氧发生反应而产生电。而在充电过程中，金属离子与氧分离从正极移动到负极。空气中的氧气可源源不断地通过气体扩散，到达电化学反应界面与金属反应而放出电能。

与传统的离子电池不同，金属空气电池具有很高的理论能量密度。锂空气电池理论能量密度高达Wh/kg，锌空气电池的理论能量密度为Wh/kg，而锂离子电池的理论能量密度仅为Wh/kg。

廉价且地球储量丰富的金属材料使得金属空气电池较锂离子电池具备显著优势，金属空气电池的制造成本或可降低至后者的1/10以下。极低的材料成本、高能量密度、电池设计相对简单以及安全性良好，让金属空气电池前景光明。

金属-空气电池的结构主要由金属电极、空气电极、电解质三部分组成，其中金属电极由Zn、Mg、Al、Li、Na等金属构成，空气电极由防水透气层、气体扩散层、催化剂层和导电层4部分构成，电解液有水性（以中性、碱性居多）和非水性。稳定性差和能量效率低等问题，一直限制着金属空气电池技术的进一步发展。其中，电化学氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）对于金属空气的性能以起着至关重要的作用。

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水系和非水系金属-空气电池结构示意图（来源：《异质结构碳材料的金属空气电池应用研究进展》）

发展催化活性高、稳定性好的空气电极催化剂是未来的研究趋势。北京大学郭少军课题组就针对金属空气电池中的催化活性和稳定性进行了深入研究；其研发的亚纳米厚且高端卷曲的双金属钯钼纳米片材料，在碱性电解质中展现出卓越的氧还原反应电催化活性和稳定性，突破了阴极反应的缓慢动力学对于相关电化学能源转换/存储器件的限制，显著提升了锌空电池和锂空电池的性能。该成果已发表在顶刊Nature，（


本文编辑：佚名
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