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據(jù)報道，近期韓國的科學(xué)家開發(fā)了具有交錯p-n異質(zhì)結(jié)的雙功能電催化劑，體現(xiàn)了太陽能電池/半導(dǎo)體界面特性，從而克服“鋅-空氣電池”的局限性，從而使其有希望成為下一代電池。

鋅空氣電池是通過大氣中的氧氣和鋅之間的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電力的電池，并被認為是替代鋰離子電池的新一代電動汽車的候選者。理論上它們滿足了下一代二次電池的所有要求，比如，能量密度高、爆炸風(fēng)險低、環(huán)保、不排放污染物、材料成本低（鋅和空氣，很容易從自然界獲得）。

韓國科學(xué)技術(shù)院（KIST）表示，其由Joong Kee Lee博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)了一項利用太陽能改善鋅空氣電池電化學(xué)性能的技術(shù)，這正在成為二次電池領(lǐng)域的一個新的研究和發(fā)展領(lǐng)域。

據(jù)了解，研究小組開發(fā)的電池用到一種具有半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的光活性雙功能空氣-電催化劑，該催化劑具有交替的能級，可顯著提高產(chǎn)生電力的氧還原反應(yīng)（ORR）和氧進化反應(yīng)（OER）的速度。光活性雙功能催化劑是一種通過吸收光能來加速化學(xué)反應(yīng)的化合物，與傳統(tǒng)的鋅-空氣電池催化劑相比，其光吸收能力有所提高。

在使用金屬和空氣作為電池陽極和陰極的鋅-空氣電池中，必須交替進行OER和ORR，以實現(xiàn)作為陰極活性材料的氧氣的電能轉(zhuǎn)換。因此，由碳材料制成的正極集流器，其催化活性是決定鋅-空氣電池能量密度和整體電池效率的重要因素。

因此，KIST研究組為了改善鋅空氣電池緩慢的催化活性，將重點放在了太陽能電池和半導(dǎo)體的基本結(jié)構(gòu)單元p-n異質(zhì)結(jié)上。其目的是通過利用半導(dǎo)體中發(fā)生電子運動的界面特性來加速氧氣的產(chǎn)生-還原過程。

為此，他們合成了一種具有異質(zhì)結(jié)帶隙結(jié)構(gòu)的陰極材料，其中包括n型半導(dǎo)體（石墨氮化碳，g-C3N4）和ap型半導(dǎo)體（銅摻雜的ZIF-67（Zeolitic Imidazolate Framework-67），CuZIF-67）。

此外，為了證實該催化劑的商業(yè)潛力，在無光的現(xiàn)實條件下他們進行了一項實驗。原型電池的能量密度為731.9mAh gZn-1，與現(xiàn)有鋅空氣電池的最佳性能相當(dāng)。在光照條件下，能量密度增加了約7%，達到781.7 mAh gZn-1，并且循環(huán)性能極佳（334小時，1000次循環(huán)），在已知的催化劑中表現(xiàn)出最佳性能。

研究人員表示，“太陽能的利用不僅是提高二次電池的電化學(xué)性能，而且是實現(xiàn)可持續(xù)社會的重要組成部分。我們希望這項技術(shù)不僅能解決作為鋰離子電池替代品的金屬-空氣電池的難題，還能成為促進半導(dǎo)體物理和電化學(xué)新融合技術(shù)發(fā)展的催化劑。”