Bio-catalyzed oxidation self-charging zinc–polymer batteries

电池(电) 自动氧化 聚苯胺 催化作用 自放电 化学 解吸 聚合物 电极 材料科学 化学工程 吸附 有机化学 聚合 物理 功率(物理) 物理化学 量子力学 工程类
作者
Jun Pan,Yanhong Liu,Jian Yang,Jiun-Huei Proty Wu,Hong Jin Fan
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:121 (8)
标识
DOI:10.1073/pnas.2312870121
摘要

Oxidation self-charging batteries have emerged with the demand for powering electronic devices around the clock. The low efficiency of self-charging has been the key challenge at present. Here, a more efficient autoxidation self-charging mechanism is realized by introducing hemoglobin (Hb) as a positive electrode additive in the polyaniline (PANI)-zinc battery system. The heme acts as a catalyst that reduces the energy barrier of the autoxidation reaction by regulating the charge and spin state of O 2 . To realize self-charging, the adsorbed O 2 molecules capture electrons of the reduced (discharged state) PANI, leading to the desorption of zinc ions and the oxidation of PANI to complete self-charging. The battery can discharge for 12 min (0.5 C) after 50 self-charging/discharge cycles, while there is nearly no discharge capacity in the absence of Hb. This biology-inspired electronic regulation strategy may inspire new ideas to boost the performance of self-charging batteries.
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