Energy Environ. Sci., 高性能水系Zn||NO2电化学电池：一种新的NO2固定和发电策略

文 章 信 息

第一作者：马龙涛

通讯作者：Derek Ho，黄维，支春义

通讯单位：西北工业大学，香港城市大学

研 究 背 景

工业废气和汽车尾气（如NO₂、NO、SO₂、CO₂, CO)要求我们消除有害气体的排放和清洁能源的产生。NO₂气体对人体危害极大人体，如眼、鼻、喉、肺组织。因此，捕获和将有害的NO₂气体转化为有价值的产品具有重要意义。金属气体电池已被证明是有效捕获的有效策略各种气体和源源不断的电能。

锌金属是一种有吸引力的阳极水系电池材料，由于其高理论容量（820 mAh/g), 低氧化还原电位（-0.76 V vs. SHE），成本低，储量丰富，反应活性合适。将 Zn 阳极与NO₂气体扩散电极耦合，该装置能够进行NO₂的电化学捕获和转化。

文 章 简 介

鉴于此，西北工业大学马龙涛教授在国际期刊Energy& Environmental Science上发表题为“A High-Energy Aqueous Zn||NO₂ Electrochemical Cell: A New Strategy for NO₂ Fixation and Electric Power Generation”的论文。

该文章提出一个水性Zn||NO₂电化学电池。沉积纳米NiO催化剂的碳布为阴极，金属锌箔为阳极，ZnCl₂水溶液为电解质。该电池可以有效地捕获NO₂，然后将其转化为亚硝酸根离子，并最终转化为具有附加值的氨，同时产生电量。该电池基于可逆的NO₂/NO₂^-氧化/还原，2.4-Ah软包电池可输出553.2 Wh/kg_cell的质量能量密度，1589.6 Wh/Lcell的体积能量密度和大于100小时的循环稳定性。同时，由Zn||NO₂电池自供电，将所产生的亚硝酸根转化为氨。

图 文 解 析

Figure 1. Architectures of Zn||NO₂ electrochemistry technology as a capture system: A secondary Zn||NO₂ electrochemical cell, in which (a-i) NO₂ is reduced to generate electrical energy and (a-ii) NO₂ is concentrated by recharging. (b) A primary Zn||NO₂ in which the captured NO₂ is converted to NH₃H₂O valuable products.

Figure 2. The Zn||NO₂ electrochemical cell with NiO and nano-NiO catalysts: (a) Open circuit voltage over 50 h. (b) The discharged polarization profile and corresponding power densities curves at different densities. (c) Charge-discharge polarization profiles at different current densities. (d) Full discharged profiles recorded at different current densities of 0.2, 1, 5, 10 mAcm^-2. (e) Cycling performance testing at 2 mAcm^-2 using nano-NiO catalyst.

Figure 3. (a-i) Schematic illustration of rechargeable aqueous Zn||NO₂ pouch cell with cathode-anode-cathode stack structure. (a-ii) A optical photograph of rechargeable aqueous Zn||NO₂ pouch cell. (b) The delivered cell capacities of NO₂||Zn||NO₂ cells at different rates of 0.2 and 5 mAcm^-2. (c) Ragone plots for projected cell-level specific (Whkg^-1(cell)) and volumetric (WhL^-1) energy densities with representative commercial and reported batteries. (d) Galvanostatic cyclic charge/discharge performance of NO₂||Zn||NO₂ cell at a current density of 5 mAcm^-2.

Figure 4. (a) A schematic of two Zn||NO₂ electrochemical cells powered electrochemical Haber-Bosch reactor coupled to a water splitting reactor. (b) The corresponding photograph depicting the model. (c) The voltage and current of electrochemical Haber–Bosch reactor. (d) The NH₃H₂O yield rates and FE.

Reference

Longtao Ma, Shengmei Chen, Wenhao Yan, Guobin Zhang, Yiran Ying, Haitao Huang, Derek Ho, Wei Huang and Chunyi Zhi, A High-Energy Aqueous Zn||NO₂ Electrochemical Cell: A New Strategy for NO₂ Fixation and Electric Power Generation, Energy Environ. Sci., 2023, DOI: 10.1039/D2EE03749A.

科 学 材 料 站 招 聘 信 息

同时招收其他方向研究生（电化学、电池、电镀、电解水、燃料电池、MEA开发等）、本科生（化材专业）、实习生等，详情请咨询！

添加官方微信 进群交流

SCI二氧化碳互助群

SCI催化材料交流群

SCI钠离子电池交流群

SCI离子交换膜经验交流群

SCI燃料电池交流群

SCI超级电容器交流群

SCI水系锌电池交流群

SCI水电解互助群

SCI气体扩散层经验交流群

备注【姓名-机构-研究方向】

说明

🔹本文内容若存在版权问题，请联系我们及时处理。

🔹欢迎广大读者对本文进行转发宣传。

🔹《科学材料站》会不断提升自身水平，为读者分享更加优质的材料咨询，欢迎关注我们。

投稿请联系[e-mail]

致谢

感谢本文作者对该报道的大力支持。

点分享

点赞支持

点在看