在“双碳”目标下，寻找高效、耐用的储能设备成了全球科研的热门课题。锌空气电池凭借高能量密度（是锂电池的数倍）、锌资源丰富（我国锌储量居世界前列）、环境友好等优势，被看作是未来手机、电动车甚至储能电站的“潜力选手”。但它有个“硬伤”——充放电时，氧气在电极表面的“还原”和“析出”反应（ORR/OER）速度慢、催化剂易“罢工”，导致电池寿命短、效率低，始终难以大规模商用。

最近，我国温州大学、昭通学院等机构的科研团队，在《Frontiers in Energy》上发表了一项关键突破：他们开发了一种“双功能氧催化剂”CoNC@FePc，不仅让锌空气电池的“工作效率”超过了主流商业催化剂组合（Pt/C+RuO2），还让电池连续充放电100小时不“掉链子”，为这类电池的实用化按下了加速键。

给催化剂“找搭档”：钴碳材料“稳住”铁酞菁分子
要理解这个催化剂的妙处，得先说说传统催化剂的痛点。目前，性能最好的ORR催化剂是Pt/C（铂碳），OER催化剂是RuO2（氧化钌），但它们贵如黄金，还容易在反应中“抱团”失活。而另一类“分子催化剂”铁酞菁（FePc），结构类似血液中的血红蛋白，对ORR有天然催化优势，但单独使用时像“散沙”——容易团聚，稳定性差。

科研团队想到了“搭伙”策略：用一种叫ZIF-67的金属有机框架（MOF）材料做“基底”。这种材料高温热解后，会变成多孔的氮掺杂碳材料（CoNC），里面均匀分布着钴纳米颗粒，就像“多孔海绵”里嵌着许多小“钴珠子”。接着，他们把FePc分子“固定”在这些钴纳米颗粒表面，形成CoNC@FePc复合催化剂。钴纳米颗粒就像“锚点”，既防止FePc分子“乱跑团聚”，又能和FePc“交换电子”，提升催化活性。

实验数据“说话”：效率更高，寿命更长
实验室测试结果让人眼前一亮。在ORR反应中，CoNC@FePc的半波电位达到0.87V（数值越高，催化活性越强），比Pt/C的0.85V还高；OER反应中，它只需要314mV的过电位（数值越低，越省电）就能达到10mA/cm²的电流密度，比RuO2的331mV更优。更关键的是，它的“双功能性能”（ORR和OER的电压差）仅0.679V，比Pt/C+RuO2组合的0.703V更小，意味着电池充放电更高效。

把这种催化剂装进锌空气电池后，测试结果更惊艳：电池的开路电压达到1.53V（接近理论最大值），峰值功率密度150.2mW/cm²（比Pt/C基电池高约7%）；在10mA/cm²的电流下连续充放电100小时，电压几乎没变化——而Pt/C+RuO2基电池仅35小时就“撑不住”了。

从实验室到生活：低成本、易量产的“新可能”
研究还通过理论计算揭示了“协同效应”的秘密：钴纳米颗粒和FePc分子之间的电子转移，降低了ORR和OER的反应“能量门槛”。比如，ORR的最慢步骤（决速步）过电位仅0.33eV，OER的决速步过电位0.44eV，都比单独FePc低很多。

“这种催化剂的合成方法简单，原料成本低，适合大规模生产。”论文作者表示，未来可以进一步优化材料结构，比如调整钴纳米颗粒的大小、碳材料的孔隙率，让催化剂在更复杂环境（如高温、高湿）下也能稳定工作。

目前，这项研究为锌空气电池的商业化提供了新的技术路径。随着这类高效催化剂的突破，或许不久的将来，我们手中的电子设备、路上的电动车，都能用上更耐用、更环保的锌空气电池。相关论文的详细数据和实验细节，可通过文末链接查阅。

来源: FIE能源前沿期刊