Met de recent toenemende ontwikkeling van lichtgewicht, draagbaar, flexibele en draagbare elektronica voor gezondheids- en biomedische apparaten, er is dringend behoefte aan het verkennen van nieuwe energiebronnen met een grotere flexibiliteit en aanpasbaarheid aan mens/weefsel. Nutsvoorzieningen, onderzoekers hebben de volgende generatie metaal-luchtbatterijen ontwikkeld, die gemakkelijk kan worden gefabriceerd tot flexibele en polsbandachtige cellen. Hoewel ze nog verder moeten worden ontwikkeld voordat ze op de markt kunnen worden gebracht, huidige studies hebben solide bewijs geleverd dat deze apparaten enorme kansen kunnen bieden voor de volgende generatie flexibele, draagbare en biologisch aanpasbare stroombronnen.

"Theoretisch, neutrale op elektrolyt gebaseerde Mg-lucht-batterijen hebben potentiële voordelen in biomedische toepassingen ten opzichte van andere op alkali gebaseerde metaal-lucht-tegenhangers, " zegt Dr. Chong Cheng, een AvH-onderzoeker en een koolstofnanomaterialen-specialist bij de afdeling Chemie in Freie Universität Berlin (Duitsland). Echter, de conventionele toepassing van Mg-luchtbatterijen stond voor verschillende uitdagingen, een daarvan is de trage kinetiek van de zuurstofreductiereactie (ORR) in de luchtkathode. Momenteel, het rationele ontwerp van geavanceerde zuurstofelektroden voor Mg-air-batterijen met een hoge ontlaadspanning en capaciteit onder neutrale omstandigheden blijft nog steeds een grote uitdaging. Tot nu toe, onderzoekers hebben de schaalbare synthese van op koolstof gebaseerde zuurstofelektrokatalysatoren geïntegreerd met hoge ORR-katalytische activiteit niet gerealiseerd, open-mesoporeuze en onderling verbonden structuren, en 3D poreuze kanalen voor de luchtkathode.

Om de huidige beperking op trage reactiekinetiek van luchtkathoden in Mg-luchtbatterijen te overwinnen, Dr. Chong Cheng van de Freie Universität in Berlijn en Dr. Shuang Li van de Technische Universität Berlin bereikten een schaalbare synthese van atomaire Fe-Nx gekoppeld aan open-mesoporeuze N-gedoteerde koolstofnanovezels als geavanceerde zuurstofelektrode voor Mg-luchtbatterijen.

"Geïnspireerd door de vezelige snaarstructuren van bufo-spawn, we hebben een nieuwe fabricagestrategie ontworpen op basis van het elektrospinnen van polyacrylonitril-vertakte silica-nanoaggregaten-oplossing en een secundaire coating en carbonisatie van Fe-gedoteerde zeolietimidazolaatraamwerken dunne laag, die de gefabriceerde koolstofnanovezels een open-mesoporeuze structuur en homogeen gekoppelde atomaire Fe-Nx-katalytische locaties geven, ", aldus de onderzoekers.

De verkregen zuurstof-elektrokatalysator en de overeenkomstig geconstrueerde luchtkathode vertonen vele voordelen, waaronder onderling verbonden structuren en 3D hiërarchisch poreuze netwerken voor ionen/luchtdiffusie, goede biologische aanpassingsvermogen, en hoge elektrokatalytische prestaties van zuurstof voor zowel alkalische als neutrale elektrolyten. Het belangrijkste is, de geassembleerde Mg-air-batterijen met neutrale elektrolyten onthullen een hoge nullastspanning, stabiele ontladingsspanningsplateaus, hoge capaciteit, lange levensduur, en goede flexibiliteit.

Mg-air-batterijen zijn nog niet klaar voor commerciële elektronische en biomedische apparaten, maar die toekomst lijkt een beetje dichterbij. "Wij zijn van mening dat deze nieuwe zuurstofelektrode kan voldoen aan de uitdagingen en dringende behoeften aan efficiënte luchtkathodes in Mg-luchtbatterijen met neutrale elektrolyten, maar er is nog meer werk nodig, " zegt prof. Rainer Haag.