新型正極材料助力鋅—空氣電池開發

近日，海南大學教授鄧意達、鄭學榮團隊在氧電催化方面取得了重要進展。相關研究成果以《自發硫化策略調制鎳鈷—（氧）羥基硫化物局部電子結構以增強氧電催化》為題，發表在《先進能源材料》上。

金屬—空氣電池由于具有高理論能量密度、高安全性和低成本等優勢而備受關注。析氧反應(OER)是其空氣電極關鍵的核心電化學反應過程。然而，催化劑緩慢的OER動力學阻礙了這些清潔能源系統的應用推廣進程。為了避免過渡依賴高成本、低儲量的傳統貴金屬 (Ir和Ru基) 催化劑，開發低成本、高豐度的過渡金屬 (TM) 基化合物 (TMCs) 已經成為OER催化劑領域發展的重要方向。

針對上述關鍵問題，鄧意達、鄭學榮團隊系統分析了過渡金屬硫化物在氧析出過程中的結構演變規律，發現了表面重構后的微量硫對提升材料電化學活性具有重要作用；提出并發展了一種超快自發硫化技術，在羥基氧化物中直接構筑具有豐富高價態金屬位點的羥基氧硫化物新型正極材料，其中硫的進入可以鎖定高價態金屬位點在材料結構中穩定存在，并有效調制近鄰原子的電子結構。

研究團隊將實驗與理論計算相結合，闡明了正極材料中鎳鈷雙金屬同步活化工作機制和穩定的高價態Ni/Co—S價鍵結構是提升材料氧析出活性和穩定性的根本原因，為構筑高活性、高穩定性過渡金屬氧硫化物電極材料提供了一種新思路。

研究團隊進一步利用該正極材料體系開發了全固態鋅—空氣電池器件，電池的功率密度達到110mWcm-2，放電比容量達到721mAhg-1，并且在反復彎折循環400次后仍然保持高功率穩定輸出，電池整體性能達到目前該領域的先進水平。