新华社信息天津7月13日电 (张建新、吴军辉) 南开大学电子信息与光学工程学院王卫超教授、美国休斯敦大学姚彦教授联合研究团队在金属空气电池研发上获得新突破,成功将锰基莫来石材料作为催化剂应用于镁空气电池,大大降低成本,提高了镁空气电池的效率。

金属空气电池是以金属为燃料,与空气中的氧气发生氧化还原反应产生电能的一种特殊燃料电池,具有原材料丰富、能量密度高、轻便、安全环保等优点,被称为21世纪最具开发前景的绿色能源之一。

然而,在金属空气电池中,氧还原(ORR)催化剂直接决定着电转化效率、电池成本和寿命等。传统的ORR催化剂主要是贵金属和金属螯合物,但是贵金属储量有限,成本过高;金属螯合物的品种较少,制备过程复杂。寻找一种既价格低廉,又对氧还原有很好的催化活性的催化剂是开发金属空气电池的关键课题,也是制约其在电动汽车等领域广泛应用的关键因素。

“莫来石是一类陶瓷材料。之前几乎没有人想过用它来做金属空气电池的催化剂。”王卫超说,他在4年前的一项实验中发现,在将一氧化氮转化为二氧化氮的过程中,锰基莫来石材料表现出优良的催化效果。

基于这样的发现成果,王卫超与美国休斯顿大学姚彦教授组成联合研究团队。经过大量实验和理论研究,他们终于成功将锰基莫来石材料首次应用为镁空气电池的ORR催化剂,在中性溶液氯化钠(NaCl)溶液中,实现ORR反应过电势达到0.78V,已经接近贵金属铂催化剂的性能(0.7V),且材料稳定性能优于贵金属。

“以前用铂,价格论克算,1克至少是人民币200元。现在用莫来石,以吨计数。而且由于莫来石更加稳定,可以更多次重复反应,这就意味着电池寿命的延长。这是莫来石材料首次在金属空气电池中的应用,为莫来石材料在电化学中的新应用开辟了新路。”姚彦教授说。

介绍该合作成果的论文已被国际著名学术刊物《Nano Energy》(《纳米能量》)在线发表。