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传统的两电极锌空气电池（C-RZAB）面临两个主要问题：（1）空气电极中催化剂的氧还原（ORR）和氧析出（OER）反应的动力学矛盾和高电位催化剂易氧化，往往在极低的每圈循环容量条件下获得长循环寿命。（2）锌负极中存在锌枝晶、析氢副反应和锌腐蚀等问题，往往在极低的放电深度条件下获得长循环寿命。

低的每圈循环容量和锌负极放电深度，使得锌空气电池的能量密度远远低于其理论能量密度。因此，锌空气电池正极和负极协同改善后，提高锌空气电池每圈循环容量和锌负极放电深度是提高锌空气电池实用性的首要任务。

在此，清华大学深圳国际研究生院成会明、周光敏、李佳提出将空气电极去耦合为一个疏水的放电电极和一个亲水的充电电极，改善充放电过程气-液-固三相界面和防止催化剂氧化，提高锌空气电池的倍率性能和每圈循环容量。

此外，作者还提出采用耐碱腐蚀的无锌负极，抑制锌枝晶和抑制产氢副反应，提高锌负极放电深度。最终在正极和负极优化改进下，锌空气电池实现了超高每圈循环容量和超长循环寿命。

图1. 基于 CF@Sn、F-Ni₂₇Fe₁₀ LDH 和 FeNC 的 T-RZAB 的电化学性能

具有来说，该工作设计的三电极RZAB（T-RZAB）具有一个无锌负极和两个用于ORR和OER的独立正极，每个正极中的催化剂在放电和充电的最佳动力学和热力学条件下工作。其中，镀锡铜泡沫(CF@Sn)被用作无锌负极，其诱导（002）Zn平面的生长，其抑制Zn枝晶的形成、析氢反应（HER）和自放电。锌被电沉积在CF@Sn并在T-RZAB的充电过程中从电解质中分离出来。

此外，通过原位光学显微镜得到：去耦正极对T-RZABs中的ORR和OER都具有快速动力学。结果显示T-RZAB在空气中10 mA cm^-2的电流密度下具有800 mAh cm^-2的高循环容量、0.66V的放电/充电平台之间的低电压间隙、88.1%的高DOD和5220h的超长循环寿命。

此外，按比例放大的T-RZAB每次循环的放电容量为10安时（Ah），长循环寿命为1080h。T-RZAB电池组的总能量为895.8瓦时（Wh），能量密度为151.8 Wh kg^-1，远高于商用水系电池。

因此，该工作为电动汽车和大规模电能存储设计具有超长循环寿命和高能量密度的RZAB指明道路。

图2. T-RZAB的放大及其实际应用

Rechargeable zinc-air batteries with an ultra-large discharge capacity per cycle and an ultra-long cycle life, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202301952

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