Reducing the Charging Voltage of a Zn–Air Battery to 1.6 V Enabled by Redox Radical-Mediated Biomass Oxidation

氧化还原 阳极 电化学 阴极 电解质 电池(电) 储能 极化(电化学) 化学 化学工程 材料科学 无机化学 电极 物理化学 功率(物理) 物理 量子力学 工程类
作者
Gangyong Li,Yating Long,Zhi Li,Siping Li,Yufeng Zheng,Binhong He,Miao Zhou,Zongqian Hu,Minjie Zhou,Zhaohui Hou
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:11 (23): 8642-8650 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.3c01799
摘要

Zn–air batteries (ZABs) are one of the promising candidates of future energy storage technology owing to their advantages of high theoretical energy density, high safety, and low cost. However, high voltage polarization and low energy efficiency hinder their practical applications. Herein, we show that the charging voltage of a ZAB can be reduced to ∼1.6 V with a high energy efficiency of ∼70% by adding a redox radical, 2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl (TEMPO), and a biomass, glucose, into the electrolyte. Upon charging, the oxidation of TEMPO forming the oxoammonium cation at the cathode catalyzes the oxidation of glucose to generate value-added derivatives. Operando differential electrochemical mass spectrometry, first principle calculations, and ex situ spectroscopic characterizations demonstrate the significant effects of TEMPO and glucose on inhibiting side reactions and dendrite growth of the Zn anode, which endow the TEMPO-mediated ZABs with long-term charging/discharging cycles over 400 h.
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