澳大利亚科学家利用热处理3D材料和原子级钴掺杂，开发出破纪录的锌空气电池，为清洁能源存储未来带来新解决方案。墨尔本莫纳什大学研究团队推出新型催化剂，有望增强下一代电池功率、延长寿命并降低成本，其性能优于铂和钌等昂贵金属制成的标准商用催化剂。

据报道，该大学博士生Saeed Askari与化学和生物工程系高级讲师Parama Banerjee博士领导了这项研究。他们利用热处理将3D材料转化为超薄碳片，Askari称：“通过将钴和铁设计成碳框架上的单个原子，我们在锌空气电池中实现了破纪录的性能，展示了以原子精度设计催化剂的可能性。”

锌空气电池(ZAB)是金属 - 空气电化学电池，靠锌与空气中氧气氧化反应供电，由锌金属阳极和空气阳极组成。因其高能量密度、低成本及锌储量丰富对环境友好，正成为便携式电子设备、电动汽车和可再生能源存储等高容量应用领域极具前景的方案。不过，ZAB通常不可充电，研究人员正努力使其可充电以用于电动汽车和大规模储能。

目前，锌空气电池实际应用面临输出功率有限和充放电稳定性差两大挑战。为应对挑战，莫纳什大学两位工程师打破锌空气电池所有性能记录。他们利用热处理将3D材料转化为碳片并添加钴原子，产生更快、更高效的解决方案。实验使用钴和铁作为阴极材料，生产出可使用74天、可进行3570次充电循环的电池。Askari解释，高级模拟表明钴铁原子对与氮掺杂剂结合，可增强电荷转移、优化反应动力学，解决可充电锌空气电池最大瓶颈之一。

该电池性能优异，功率密度达每平方厘米229.6毫瓦，能量密度达每千克997瓦时。为验证设计，两位研究人员进行了两个月持续电池测试。班纳吉称：“可充电锌空气电池连续运行两个多月，是该领域里程碑。”结果表明，可充电锌空气系统性能和稳定性卓越。班纳吉透露，该设计原理可应用于燃料电池、水分解和二氧化碳转化等其他清洁能源技术。

锌空气电池目前主要用于助听器等小型设备，工程师们相信新进展将为可充电、高功率应用打开大门。班纳吉表示，这项创新是该领域转折点，表明技术已准备好走出实验室进入实际应用阶段。该研究已发表在《化学工程杂志》上。