27日，記者從中國科學院大連化學物理研究所獲悉，該所研究員陳忠偉團隊針對鋅空氣電池的相關研究取得系列突破，團隊圍繞該領域沿三條互補路徑持續推進研究，為多能融合能源技術路線提出面向未來的低成本、大規模、大容量長時儲能技術。團隊近期多篇研究成果發表于《美國化學協會期刊》《Small》等國際期刊。
作為最早被發明的電池技術，鋅空氣電池實現了通過以氧氣為燃料提供電能。該技術還推動了后續基于鋁、鐵、鋰、鈉等金屬的空氣電池技術的提出和開發。但鋅離子具有在水系電解液中較為惰性的化學性質，成為了鋅空氣電池電化學可充放電化的發展瓶頸，也使其陷入了較長時間的學術沉寂。
“團隊在堿性環境下鋅負極研究方面取得重要突破。”陳忠偉介紹，研究人員首次在鋅負極上構建起In MOF有機無機雜化人工固態電解質界面。這一創新設計不僅解決了鋅負極界面的副反應問題，還能誘導鋅離子沿晶面有序沉積，攻克了鋅金屬負極不可控的枝晶生長和析氫腐蝕副反應難題，為開發高性能水系鋅電池開辟了新的研究方向。
針對傳統無機材料催化劑制備與研究的瓶頸問題，團隊給出了創新性解決方案。傳統無機材料催化劑通常需經高溫熱解制備，而這一過程易導致催化劑活性中心結構不均一，嚴重阻礙了催化機理的深入研究。對此，團隊基于網狀化學設計理念，在分子水平上創新性地調控金屬有機框架材料的孔道結構和金屬d軌道電子特性，成功開發出新一代“免熱解”電催化劑，徹底解決了傳統熱解催化劑活性位點不可控的難題。
在此基礎上，團隊進一步通過構建芳香——雜環雙配體環境，實現了對Co自旋態的精準調控。這一動態可調的電子特性，顯著提升了鋅空氣電池空氣電極的反應動力學，有效減小了電池充放電電壓差，大幅提高了高面積容量下的能量轉換效率。
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