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比较锂空跟锌空,锌空更加趋向于现实,因为市场上注氢,纽扣电池都是用锌空电池,它能量密度高,但是这个是一次性技术,它是锂离子的两到三倍可以做到。也就是说在市场上已经可行,只是不能充放。还有比较锂电池?它活性比较高,你用的时候会增加材料上的许多麻烦,这是很难克服的。正因为由于这个,我们当初决定做锌空电池而不是锂空电池。
我们总结一下锌空电池电池的优势,第一,它能量密度比较高,理论上是五倍,现在市场上可以做到两到三倍一次性的话。还有其鲁教授提到,铅酸电池污染非常大,但是锌空电池基本上没有什么污染,它对环境非常友好。而且没有危险,用水箱电解,这是它的一个很大优势。
还有就是材料非常便宜,跟锂比。还有锌的全球储量是非常大的,即使以后大规模应用的时候,它价格不会波动。
接下来看一下锌空,既然这么好,看一下工作机理,现在所有的电化学能源都是非常简单的,锌空是燃料电池跟电池的结合体,它的工作机理很简单,现在这个是放电,放电的反应是什么反应呢?我们叫它氧还原反应,它是放电的状态,氧气变成水,这是放电。当然了,还有充电,点就是把它倒过来,倒过来就是变成氧气跟水,提供电,这就是充电。氧气反应跟传统的是不一样的,这个氧气反应是非常缓慢的反应,我们为了加速它的反应,就必须有一种很好的催化剂来提升它反应的速度,提高它的效率。所以锌空电池的第一个挑战,可充放,你必须寻找或者发明一种活性非常高,又非常稳定的催化剂,能够让这个反应尽快地进行。
也就是锌空电池的第一个挑战,我们必须解决的问题,就是氧气电解催化剂怎么解决?锌空充放过程中,它氧气反应,比如充电的时候电位比较高,但是催化剂中往往有许多碳,容易发生腐蚀,锌空的可充放电池一直没有实现的其中一个原因,这个问题必须解决。
还有一个更大的问题,是锌资金的问题。基于这两个问题,根据我们自身的研究,我们设计了一种新型的氧气催化剂,来适合于反应的进行,我们设计这个氧化剂是处于纳米工程的考虑,我们在2010年的时候,成功地开发了双功能催化剂,它是怎么做的呢?我们先做成金属氧化物的半搀杂的纳米化,这个催化剂的好处,由于这两种材料的有机结合,你能够显示很高的活性,它的氧催化活性比铂还高。在充电的时候它的活性和稳定性也非常高。
看一下我们的结果,我们发展出来的催化剂非常稳定,而且性能也很好。比较一下蓝色和红色,蓝线是铂,铂是白金催化剂,白金催化剂初始的催化性能不错,但是它的稳定性能差。还有一种稀有金属它的稳定性也不行,我们这种催化性稳定性很好,活性也很好。
然后看一下电池的充放,左下图是三千个循环,基本上没有什么衰退。看一下右上图,是一千小时,基本上也没有什么变化。有这个结果之后,当时我们就认为,我们基本上第一次解决了双功能催化剂在锌空电池上的应用,所以这个问题解决了。
所以接下来的问题,我们同时做三维电极结构的催化剂,这个也非常稳定,这是我们正在开发的。
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