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摘 要：日本东北大学的研究小组，将自主研发的正极催化剂和酸性·碱性电解质串联排列，开发出一种开路电压超过2V的高输出锌空气电池，所开发的催化剂即使在铂催化剂劣化的强盐酸环境中也能保持高催化活性。
关键词：金属空气电池、稀有金属、正极催化剂、Pt/C、耐酸性
以锌空气电池为代表的金属空气电池由于容量大，有望成为下一代能源设备。但到目前为止，其电压仅约为1.4V，与3.7V的锂电池（LIB）等相比，其驱动功率低，输出也小，因此仅用于有限的应用，例如长时间低输出运行的助听器等。
此外，在用于助听器等的强碱性电解质中，由于氧还原反应（ORR）难以进行，过电压较大，因此通常只能输出1.4V左右的电压。虽然研究小组讨论了采用ORR反应活性高的铂碳(Pt/C)催化剂等贵金属催化剂来提高电压，但由于要使用昂贵的铂，一直在寻找替代催化剂。
到目前为止，研究小组已经开发出了一种替代铂的高性能催化剂“AZUL”，其不含稀有金属并具有高ORR活性。AZUL在碱性环境中表现出与Pt/C相当的性能。基于此，研究小组开发了一种串联型电池，该电池使用AZUL催化剂作为正极，正极侧设置酸性电解质，负极侧设置碱性电解质。
首先，研究小组评估了单一AZUL催化剂的活性。通过催化剂转化频率（TOF）比较了单一催化剂的ORR活性，结果发现，AZUL的重量活性比Pt/C高3.5至6.1倍。即使使用相同量的铁氮杂酞菁和Pt，在AZUL的情况下，每个铁氮杂酞菁分子都能起到催化活性位点的作用；而由于Pt被制成纳米粒子，因此认为只有暴露在表面的原子才能对反应做出贡献。
接着，为了研究AZUL催化剂在锌空气电池中的适用性，研究小组将AZUL催化剂和Pt/C催化剂涂覆在正极碳片上，并使用3D打印机制备了使用碱性电解质的锌空气电池。在输出特性和放电特性的评估方面，使用了AZUL催化剂的锌空气电池在催化剂用量为1/2至1/3时，表现出与Pt/C相同的性能。这反映了正极催化剂的高重量活性。
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