【研究背景】

近几年，可穿戴电子产品逐渐风靡全球，与之匹配的柔性可穿戴储能器件也迅速成为研究热点。与水系锌空电池相比，固态锌空电池具有安全，低成本等优势，同时又具备更好的机械强度，不容易出现电解液泄露、短路等问题。然而，目前固态锌空电池商业化仍然面临着两大难题：能量转换效率较低，以及电池寿命较短。为了解决这些问题，基于碳基材料的高活性催化剂不仅可以显著提高电池效率，同时还具有较好的稳定性，且其成本也远低于Pt、Ru等贵金属催化剂，因而受到了广泛的关注。因此，中国科学技术大学余彦教授、广东工业大学芮先宏教授团队综述了最近碳基材料作为电极和电解质组分在固态锌空电池中的应用与相关改性策略，并对未来固态锌空电池的发展进行了展望。

【成果简介】

广东工业大学芮先宏教授和中国科学技术大学余彦教授团队系统阐述了目前固态锌空电池面临的挑战，以及碳基材料作为长效高活性催化电极的优势，并进一步对几种代表性碳基材料（如金属有机框架材料衍生物、单原子催化剂、石墨烯、碳纳米管、离子掺杂的碳材料、碳与氧化物/硫化物的复合物等）的性能与改性策略进行了详细探讨。除此之外，氧化石墨烯因其表面具有丰富可调的含氧官能团，可用于制作固态复合电解质，具有更高的离子电导率，显著改善了固态锌空电池的能量效率和循环寿命。最后，对固态锌空电池的未来研究进行了展望（如结合理论计算和原位表征技术阐明固态锌空电池碳基催化剂的反应机理以及关键活性位点、优化电极结构和材料提升电池循环寿命等）。

相关研究成果以题为“Carbon‐ased materials for all‐solid‐state zinc–air batteries”发表在《Carbon Energy》期刊上。