高性能の亜鉛電池における界面電気触媒反応を強化するための非対称空気カソード設計

充電式の亜鉛空気バッテリー（ZAB）は、その高エネルギー密度と安全な水性電解質のために有望なエネルギー貯蔵技術ですが、重要なパフォーマンスボトルネックがあります。一般に、カソード反応は多相界面でのみ発生し、電気触媒活性部位が酸化還元反応に効果的に関与することができます。従来の空気カソードでは、ガス拡散層（GDL）の表面にある2D多相界面が必然的に不十分な量の活性部位と界面接触が不十分であり、反応速度が低下します。この問題に対処するために、反応性インターフェイスをGDLの内部に拡張するために、3D多相インターフェイス戦略が提案されています。この概念に基づいて、非対称空気カソードは、アクセス可能なアクティブサイトを増加させ、物質移動を加速し、動的に安定した反応性界面を生成するように設計されています。NIFE層状のダブルヒドロキシド電極触媒を使用すると、非対称カソードに基づくZABSは、小さな電荷/放電電圧ギャップ（5.0 MA cm-2で0.81 V）、高出力密度、安定した循環性（2000サイクル以上）を提供します。この3Dリアクティブインターフェイス戦略は、空気カソード速度を強化するための実行可能な方法を提供し、さらに多相電気化学反応を含むエネルギーデバイスの電極設計をさらに啓発します。

The rechargeable zinc-air battery (ZAB) is a promising energy storage technology owing to its high energy density and safe aqueous electrolyte, but there is a significant performance bottleneck. Generally, cathode reactions only occur at multiphase interfaces, where the electrocatalytic active sites can participate in redox reactions effectively. In the conventional air cathode, the 2D multiphase interface on the surface of the gas diffusion layer (GDL) inevitably results in an insufficient amount of active sites and poor interfacial contact, leading to sluggish reaction kinetics. To address this problem, a 3D multiphase interface strategy is proposed to extend the reactive interface into the interior of the GDL. Based on this concept, an asymmetric air cathode is designed to increase the accessible active sites, accelerate mass transfer, and generate a dynamically stabilized reactive interface. With a NiFe layered-double-hydroxide electrocatalyst, ZABs based on the asymmetric cathode deliver a small charge/discharge voltage gap (0.81 V at 5.0 mA cm-2 ), a high power density, and a stable cyclability (over 2000 cycles). This 3D reactive interface strategy provides a feasible method for enhancing the air cathode kinetics and further enlightens electrode designs for energy devices involving multiphase electrochemical reactions.