Bio-catalyzed oxidation self-charging zinc–polymer batteries

电池(电) 自动氧化 聚苯胺 催化作用 自放电 化学 解吸 聚合物 电极 材料科学 化学工程 吸附 有机化学 聚合 物理 功率(物理) 物理化学 量子力学 工程类
作者
Jun Pan,Yanhong Liu,Jian Yang,Jiawen Wu,Hong Jin Fan
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:121 (8)
标识
DOI:10.1073/pnas.2312870121
摘要

Oxidation self-charging batteries have emerged with the demand for powering electronic devices around the clock. The low efficiency of self-charging has been the key challenge at present. Here, a more efficient autoxidation self-charging mechanism is realized by introducing hemoglobin (Hb) as a positive electrode additive in the polyaniline (PANI)-zinc battery system. The heme acts as a catalyst that reduces the energy barrier of the autoxidation reaction by regulating the charge and spin state of O 2 . To realize self-charging, the adsorbed O 2 molecules capture electrons of the reduced (discharged state) PANI, leading to the desorption of zinc ions and the oxidation of PANI to complete self-charging. The battery can discharge for 12 min (0.5 C) after 50 self-charging/discharge cycles, while there is nearly no discharge capacity in the absence of Hb. This biology-inspired electronic regulation strategy may inspire new ideas to boost the performance of self-charging batteries.
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