High‐Power‐Density Hybrid Acid/Alkali Zinc–Air Battery for High‐Efficiency Desalination

材料科学 锌 海水淡化 碱金属 电池(电) 电催化剂 法拉第效率 功率密度 电化学 电流密度 阴极保护 功率(物理) 化学工程 纳米技术 冶金 膜 电极 有机化学 工程类 物理 量子力学 物理化学 化学 生物化学
作者
Jiyuan Gao,Duo Pan,Kai Chen,Yangjie Liu,Junxiang Chen,Zhenhai Wen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (25) 被引量:26
标识
DOI:10.1002/aenm.202400368
摘要

Abstract The electrochemical desalination technique is recognized as a promising solution to alleviate freshwater shortages, challenges yet persists in achieving optimal energy efficiency and cost‐effectiveness. Herein, a hybrid acid/alkali zinc air desalination battery (hAA‐ZADB) capable of concurrent desalination and high‐power density is reported. To improve cathodic efficiency and cost‐effectiveness, an electrocatalyst with dual atomic Fe–Mn sites on porous dodecahedral carbon (Mn‐Fe/p‐DC) is fabricated through a simple direct pyrolysis strategy for oxygen reduction reaction (ORR). The Mn–Fe/p‐DC‐900 electrocatalyst demonstrates exceptional electrocatalytic activity (E1/2 = 0.8 V in 0.5 m H2SO4) for ORR. This innovative hybrid acid/alkali cell design, coupled with advanced electrocatalysts, empowers the hAA‐ZADB system to achieve outstanding performance benchmarks with a high open circuit voltage of 2.22 V, an impressive power density of 375 mW cm−2, and notably elevated energy output of 106.9 kJ mol−1 even at a current density of 100 mA cm−2 during desalination. Distinguishing this work is its additional functionality, evident in a rapid salt removal rate of 3.64 mg cm−2 min−1 during desalination, achieving an impressive 88.67% removal of 0.6 M NaCl. This study highlights the promising potential of employing metallic air batteries for a self‐powered desalination technique applicable to specific scenarios.
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