摘要：一名研究团队在改善了重要的储能技术方面提高了锌空气电池（ZABS）的性能方面取得了突破。这一突破涉及一种新的催化剂，该催化剂显着提高了氧气还原反应（ORR）的效率，这是ZABS中的关键过程。该开发可能会导致更高效，更持久的电池用于实际应用。...

一名研究团队在改善了重要的储能技术方面提高了锌空气电池（ZABS）的性能方面取得了突破。这一突破涉及一种新的催化剂，该催化剂显着提高了氧气还原反应（ORR）的效率，这是ZABS中的关键过程。该开发可能会导致更高效，更持久的电池用于实际应用。

氧还原反应是包括ZAB在内的许多能量转换设备中的关键步骤。但是，这种反应通常遭受缓慢的动力学，这限制了电池的性能。为了解决这个问题，通常使用基于铂的催化剂，但它们昂贵，稀缺，并且可能被杂质毒化。研究人员一直在寻找既具有成本效益又高效的替代方案。这项研究的重点是一种称为双原子催化剂（DAC）的新类催化剂，该催化剂由两个与两个金属原子组成以增强催化活性。

由Tooku University高级材料研究所（WPI-AIMR）助理教授Di Zhang领导的团队，使用了计算建模和实验技术的组合来设计并创建由铁（FE）和钴（CO）制成的双原子催化剂（CO），这些催化剂与Nitrogen（N）（N）和Carbon（c）和碳（C）组合在一起。该催化剂（称为Fe1CO1-N-C）被确定为碱性条件下氧还原反应的最佳催化剂。材料的独特组合允许催化剂有效发挥作用，使其成为ZABS中使用的有前途的候选人。

研究人员首先使用模型来预测pH（酸度）如何影响反应，从而设计了FE1CO1-N-C催化剂。这指导了他们创建具有正确特性的催化剂，以提高效率。然后，他们使用涉及硬模板和CO2激活过程的方法合成催化剂，以创建具有较小孔的结构。这些孔对于允许反应物在材料中移动至关重要，从而改善了整体催化性能。

该研究的结果令人印象深刻。与常用的铂催化剂（PT/C）相比，FE1CO1-N-C催化剂的氧气还原活性明显更高。实际上，基于FE1CO1-N-C的锌空气电池显示出高的开路电压为1.51伏，这意味着它们可以产生大量的能量。此外，电池的能量密度为每公斤锌（WH kgzn-1）的能量密度为1079瓦小时，这是一种极好的储能能力量度。

除了高电压和能量密度外，FE1CO1-N-C的电池还表现出极好的速率能力，这意味着即使受到高电流密度的影响，它们也可以表现出色 - 每平方厘米2至600毫安（MA CM-2）。更值得注意的是，电池具有超长的寿命，持续3600多个小时，并在中等电流下完成了7200个周期，这远远超过了大多数其他电池。

张解释说：“这项工作为设计和综合催化剂提供了一种有效，合理的策略，可以在现实世界应用中使用。通过将理论模型与实用的合成方法相结合，我们能够开发出一种可以显着改善锌空气击球性能的催化剂。”

展望未来，张和他的团队计划通过开发更先进的方法来继续进行研究，以创建具有精确原子配对的双原子催化剂。他们还打算增强识别催化剂中特定活性位点的技术。这些努力旨在进一步优化能源转化技术的性能，并使它们在广泛使用方面更加高效和成本效益。

这项研究得到了Tohoku University支持计划的支持，这项研究的关键发现可在数字催化平台上获得，这是Hao Li Lab开发的一种资源，旨在协助发现和开发新催化剂。