KIST利用太阳能改善锌空气电池的性能 能量密度提高约7%

锌空气电池通过空气中的氧与锌发生化学反应而产生电力，有望替代锂离子电池，满足新一代电动汽车的需求。理论上来讲，其具备充电电池的所有必要特征，如能量密度高、爆炸风险少、环保和材料成本低。

（图片来源：sciencedirect）

据外媒报道，韩国科学技术研究院（KIST）的研究团队开发了一种技术，利用太阳能来提高锌空气电池的电化学性能。这是充电电池领域的新兴研发方向。
该团队开发的这种电池，利用具有交替能级半导体结构的光活性双功能空气电催化剂，明显提高氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）的效率，以产生电力。这种光活性双功能催化剂是一种化合物，通过吸收光能来加速化学反应，与传统锌空气电池催化剂相比，其光吸收能力更强。
在锌空气电池中，以金属和空气分别作为电池的负、正极。必须交替进行OER和ORR，以氧作为正极活性物质来转换电能。因此，正极集流器（由碳材料制成）的催化活性，是决定锌空气电池能量密度和整体电芯效率的重要因素。
KIST研究团队重点关注p-n异质结，这是太阳能电芯和半导体的基本结构单元，以提升锌空气电池中迟缓的催化活性。其目标是利用半导体中发生电子运动的界面特性，加速氧生成-还原过程。为此，研究人员利用n型半导体（石墨相氮化碳，g-C3N4）和ap型半导体（CuZIF-67），合成了具有异质结带隙结构的正极材料。
此外，研究人员在真实的无光条件下进行了一项实验，以验证具有交替能级p-n异质结构的光活性双功能催化剂的商业潜力。该电池原型的能量密度达到731.9 mAh gZn-1，与现有锌空气电池的最佳性能相当。在有太阳光的情况下，能量密度提高了约7%，高达781.7 mAh gZn-1，具有良好的循环性能（334h，1000次循环），是已知催化剂中性能最好的。
研究人员表示，利用太阳能，有助于提高充电电池的电化学性能，也是实现可持续社会的重要组成部分。除了解决金属-空气电池的挑战性问题，还希望这种催化剂能促进半导体物理和电化学新融合技术的发展。