Với tiềm năng mật độ cao, chi phí thấp và cấu trúc thân thiện với thiên nhiên, pin kẽm-không khí được cho là tương lai của nhiều thiết bị năng lượng.
Tuy nhiên, điện áp thấp 1,4 V của chúng vẫn là một rào cản đối với việc sử dụng rộng rãi hơn, đặc biệt là vì pin lithium-ion có thể tạo ra 3,7 V. Hạn chế này có nghĩa là pin kẽm-không khí chủ yếu được tìm thấy trong các thiết bị điện tử cần năng lượng thấp trong thời gian dài. , chẳng hạn như máy trợ thính.
Điều cần thiết là cải thiện điện áp truyền động và mật độ năng lượng đầu ra trong pin kẽm-không khí nếu chúng muốn truyền nguồn năng lượng cho các thiết bị tiên tiến như máy bay không người lái và xe điện. Và giờ đây, một nhóm nghiên cứu đã làm được điều đó, tạo ra một loại pin kẽm-không khí có điện áp mạch hở hơn 2 V.
Giáo sư Hiroshi Yabu, tác giả tương ứng của nghiên cứu được công bố trên APL Energy cho biết: “Chúng tôi đã khai thác một tế bào có cực âm không chứa kim loại hiếm và các chất điện phân có tính axit/kiềm được sắp xếp song song để khắc phục nút thắt cổ chai chính đối với pin kim loại-không khí .
Điện áp của pin được xác định bởi hiệu điện thế giữa cực âm và cực dương. Điện thế của cực dương trong pin kẽm-không khí liên quan đến việc hòa tan kẽm vào chất điện phân, trong khi điện thế của cực âm liên quan đến việc chuyển đổi năng lượng hóa học của oxy thành năng lượng điện, tức là phản ứng khử oxy (ORR).
Pin kẽm-không khí thường được sử dụng trong máy trợ thính về mặt lý thuyết có điện áp 1,9 V nhờ chất điện phân kiềm mạnh. Tuy nhiên, ORR không dễ xảy ra và quá áp là chuyện thường xảy ra. Do đó, điện áp đầu ra đứng ở khoảng 1,4 V.
Nhiều nhà khoa học đã tìm cách khắc phục điều này bằng cách sử dụng các chất xúc tác kim loại quý, chẳng hạn như bạch kim và carbon (Pt/C), do hoạt động phản ứng ORR cao của chúng. Tuy nhiên, những tài nguyên này đều hạn chế và tốn kém để sử dụng. Trong khi đó, thế phản ứng ở mỗi điện cực phụ thuộc rất nhiều vào giá trị pH của chất điện phân.
Theo biểu đồ Pourbaix, đồ thị pH trên trục hoành và thế phản ứng trên trục tung , khả năng hòa tan của kẽm thấp nhất trong điều kiện kiềm, trong khi khả năng oxy hóa khử của oxy cao nhất trong điều kiện axit .
“Điều này khiến chúng tôi nhận ra rằng bằng cách làm cho chất điện phân ở cực dương kẽm có tính kiềm và tạo ra các điều kiện axit ở cực âm, chúng tôi có thể tạo ra điện áp cao hơn,” Yabu nói thêm.
