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導讀
電化學可充的充電機充電氣鋅-空蓄電池具有能量密度高、水系電解液安全、經濟性強等特色，在電動汽車、便攜式電源以及大型儲能方面具有寬廣運用遠景，是開展綠色清潔動力的重要工業方向。但該充電機充電蓄電池的空氣電極制備進程需求高功用催化劑和特別的電極結構，這些問題嚴重制約了充電機充電氣鋅-空蓄電池的工業化進程。本文從催化劑開發和電極結構規劃兩個視點分析空氣電極研討開發現狀，并對往后催化劑及空氣電極的開展趨勢進行評論。開發高活性、高穩定性、價格合理的雙功用電催化劑，進行高度結構化的空氣電極規劃與制備工藝研討；開展適合于批量化制作的三電極結構的充電機充電氣鋅-空蓄電池是未來充電機充電氣鋅-空蓄電池的重要方向。
導言
現在，在常見的電化學儲能設備中，金屬-空氣充電機充電蓄電池（metal-air battery）是電能高效變換和大規模貯存的重要技能方向。該充電機充電蓄電池運用空氣中的氧氣作為正極電化學反響活性物質，金屬鋰、鋅、鋁或鎂作為負極電化學反響活性物質。在充電機充電蓄電池運轉進程中金屬電極發作溶解或堆積，放電產品溶解在堿性電解液中；空氣中的氧氣在負載電催化劑的空氣電極（bifunctional air electrode，BAE）中，進行氧復原（ORR）或氧分出（OER）電化學反響，完結電能與化學能彼此變換。在不同類型的金屬-空氣充電機充電蓄電池中，水系的充電機充電氣鋅-空蓄電池技能相對老練，在未來的動力運用中有極大的遠景。由于充電機充電氣鋅-空蓄電池的正極運用空氣中的氧氣作為活性物質，容量無限；充電機充電蓄電池比能量取決于負極容量，理論能量密度高達1086 W·h/kg，是現在鋰離子充電機充電蓄電池技能的5倍。在本錢方面，充電機充電氣鋅-空蓄電池可能以更低的價格生產，據估計少于10 $/(kW·h)，比鋰充電機充電蓄電池低2個數量級。因而，功用優秀的充電機可充電氣鋅-空蓄電池在新動力發電儲能、電動汽車和便攜式電源等范疇有寬廣的運用遠景。
充電機充電氣鋅-空蓄電池的標準電動勢為1.65 V，實際條件下充電電壓高于此值，放電電壓低于此值。該充電機充電蓄電池的負極為鋅電極，一般由鋅粉、鋅板、鋅箔或泡沫鋅等資料組成。正極為空氣電極，一般由分散層、集流體和催化層組成。通過優化電極結構和催化劑的組分可以使充電機充電蓄電池功用得到顯著進步。電解液一般選用6 mol/L的KOH溶液，室溫下該濃度的電解液具有較高的電導率，且電解液中可以溶解一定量的Zn2+。關于充電機充電氣鋅-空蓄電池來說，充放電進程中空氣電極發作的氧分出反響（OER）和氧復原反響（ORR）相關于負極鋅更難進行，O2在水中溶解度低（10-6 mol/L），在空氣電極表面吸附困難，且氧氧鍵能很大（498 kJ/mol），很難開裂，然后形成正極動力學進程相對緩慢，相同電流密度下過電勢更大的特色，電壓損失首要來自于正極，是制約充電機充電氣鋅-空蓄電池功用的核心要素之一。為了進一步進步充電機充電蓄電池功用，開發有高活性和穩定性的空氣電極催化劑就顯得非常必要。一起，空氣電極的反響觸及多相、多界面間的傳質，所觸及的原子、基團、部件等跨標準問題非常復雜，合理規劃空氣電極的結構，促進氣-液-固三相界面的傳質，是下降空氣電極電化學極化的重要途徑。本文首要評論空氣電極的氣體分散結構、催化劑以及雙功用空氣電極研討開展。
文章目錄及圖文導讀
1  空氣電極內的分散傳質
2  空氣電極催化劑
2.1  單功用氧復原催化劑
2.1.1  氧復原進程（ORR）原理
2.1.2  氧復原催化劑

表1  充電機充電一次氣鋅-空蓄電池單功用氧復原催化劑
2.2  雙功用催化劑
1  鈣鈦礦結構及其氧復原活性與電子填湊數聯系
2  3DOM Co3O4的TEM圖及充電機充電可充電鋅空蓄電池充放電功用及循環穩定性
3  NiCo/PFC雙功用催化劑循環穩定性成果、SEM圖及氣液固三相反響進程示意圖
充電機可充電氣鋅-空蓄電池雙功用催化劑
3  空氣電極結構
4 基于混合型催化劑的三電極式電化學充電機可充電氣鋅-空蓄電池新式雙功用空氣電極 不含黏結劑的集成式空氣電極
5  Co4N/CNW/CC雙功用電極在電化學充電機可充電氣鋅-空蓄電池中的運用
6  Co4N/CNW/CC雙功用電極在電化學充電機可充電氣鋅-空蓄電池中的運用
結語
由于市場對綠色充電機充電蓄電池產品與新動力技能的迫切需求，國內外現已展開大量研討并獲得顯著技能進步，其中電化學可充的鋅-空氣二次充電機充電蓄電池具有能量密度高、安全環保的特色，得到越來越多的重視。空氣電極作為充電機充電蓄電池要害組件，是研討開發的焦點。盡管現在關于空氣電極相關的研討現已有許多的開展，但為了進一步開展電化學可充式二次充電機充電氣鋅-空蓄電池仍需求許多的盡力。因而，未來的研討依然需求在以下幾個方向持續盡力。
（1）開發高活性、高穩定性、價格合理的雙功用電催化劑。進一步對水系電解液條件下氧復原進程和氧分出進程的機理有更深化的了解，對催化劑的活性位點有更深化的知道，進而可以合理規劃新式的催化劑。
（2）高度結構化的空氣電極規劃與制備工藝開發。現在的充電機充電氣鋅-空蓄電池研討與堿性燃料充電機充電蓄電池非常相似，運用碳資料為基底，如Toray碳紙等，但是碳資料在重復的充放電進程中，極易發作碳蝕現象。并且，空氣電極的制備進程非常繁瑣，輔佐成分的增加也會發生一些不利的影響。催化劑與基底間作用力較弱時極易掉落，形成充電機充電蓄電池功用的衰減。因而，需求開展一些新式結構的空氣電極結構，使充電機充電蓄電池的運用周期更長。
（3）開展適合于批量化制作的三電極結構充電機充電氣鋅-空蓄電池。通過ORR和OER進程的解耦，為保持催化劑與空氣電極功用提供條件，有效進步充放電循環穩定性。此外，電化學可充電的充電機充電氣鋅-空蓄電池在能量密度和技能經濟方面有顯著優勢，是未來新式充電機充電蓄電池技能的重要開展方向。