锌空气电池具有潜在的高密度、低成本和对自然友好的构成，被吹捧为许多能源设备的未来。

尽管如此，它们 1.4 V 的低电压仍然是更广泛使用的障碍，特别是因为锂离子电池可以产生 3.7 V。这种限制意味着锌空气电池主要用于长时间需要低功率的电子设备，例如助听器。

如果锌空气电池要驱动无人机和电动汽车等尖端设备的电源，则必须提高锌空气电池的驱动电压和输出功率密度。现在，一个研究小组已经做到了这一点，实现了开路电压超过 2 V 的锌空气电池。

该研究的通讯作者 Hiroshi Yabu 教授说：“我们利用了一种电池，该电池具有无稀有金属的阴极和串联排列的酸性/碱性电解质，以克服金属-空气电池的主要瓶颈。”

电池的电压由阴极和阳极之间的电位差决定。锌空气电池中阳极的电势涉及锌溶解到电解质中，而阴极电势涉及氧的化学能转化为电能，即氧还原反应(ORR)。

由于强碱性电解质，理论上常用于助听器的锌空气电池的电压为 1.9 V。然而，ORR 并不容易发生，过压现象很常见。因此，输出电压约为 1.4 V。

由于铂和碳 (Pt/C) 等贵金属催化剂的高 ORR 反应活性，许多科学家试图通过使用贵金属催化剂来规避这一问题。然而，这些资源既有限又使用起来昂贵。同时，每个电极的反应电位在很大程度上取决于电解质的 pH 值。

根据以 pH 为横轴、反应电位为纵轴的 Pourbaix 图，锌的溶解电位在碱性条件下最低，而氧气的氧化还原电位在酸性条件下最高。

“这让我们意识到，通过使锌阳极侧的电解质呈碱性，并在阴极侧形成酸性条件，我们可以产生更高的电压，”Yabu 补充道。

该研究的详细信息于 2023 年 4 月 24 日发表在 APL 能源杂志上 。

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