High‐Power‐Density Hybrid Acid/Alkali Zinc–Air Battery for High‐Efficiency Desalination

材料科学 海水淡化 碱金属 电池(电) 功率密度 功率(物理) 化学工程 冶金 有机化学 热力学 工程类 化学 遗传学 物理 生物
作者
Jiyuan Gao,Duo Pan,Kai Chen,Yangjié Liu,Junxiang Chen,Zhenhai Wen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.202400368
摘要

Abstract The electrochemical desalination technique is recognized as a promising solution to alleviate freshwater shortages, challenges yet persists in achieving optimal energy efficiency and cost‐effectiveness. Herein, a hybrid acid/alkali zinc air desalination battery (hAA‐ZADB) capable of concurrent desalination and high‐power density is reported. To improve cathodic efficiency and cost‐effectiveness, an electrocatalyst with dual atomic Fe–Mn sites on porous dodecahedral carbon (Mn‐Fe/p‐DC) is fabricated through a simple direct pyrolysis strategy for oxygen reduction reaction (ORR). The Mn–Fe/p‐DC‐900 electrocatalyst demonstrates exceptional electrocatalytic activity (E 1/2 = 0.8 V in 0.5 m H 2 SO 4 ) for ORR. This innovative hybrid acid/alkali cell design, coupled with advanced electrocatalysts, empowers the hAA‐ZADB system to achieve outstanding performance benchmarks with a high open circuit voltage of 2.22 V, an impressive power density of 375 mW cm −2 , and notably elevated energy output of 106.9 kJ mol −1 even at a current density of 100 mA cm −2 during desalination. Distinguishing this work is its additional functionality, evident in a rapid salt removal rate of 3.64 mg cm −2 min −1 during desalination, achieving an impressive 88.67% removal of 0.6 M NaCl. This study highlights the promising potential of employing metallic air batteries for a self‐powered desalination technique applicable to specific scenarios.
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