中国江苏科技大学的研究团队受自然界启发,采用含碳组装策略开发出一种创新的不对称空气电极。该电极利用功能化石墨烯纳米片(FGNS)和碳纳米管(FCNT)作为构建模块,两者均锚定铁酞菁用于氧还原催化。FGNS组装成类似鱼鳞的亲水层状结构,面向电解质以促进离子渗透;FCNT则形成类似水蜘蛛腿的疏水绒毛结构,暴露于空气中以加速氧气传输。
这种不对称结构(Asy-FCNTs-FGNSs)通过创造连续的润湿性梯度,扩展了三相反应区(固体催化剂/液体电解质/气态氧气),实现了氧气和离子的快速物质传输。结构优化提升了催化位点的利用率和耐久性,直接改善了锌-空气电池的性能。
实验数据显示,配备仿生不对称空气电极的锌-空气电池性能显著提升:峰值功率密度达239.3 mW cm⁻²,在10 mA cm⁻²下的比容量为814.3 mAh g⁻¹,并在相同电流密度下实现了3696个循环的稳定寿命。这些指标超越了传统对称电极和先前报告中的先进自支撑空气电极。
该设计不仅性能优越,还具备可扩展和成本效益高的制造工艺。通过仿生结构和简便组装方法,这项研究为电极架构优化提供了创新范式,可能推动锌-空气电池及其他先进储能技术的发展。









