在新能源储能赛道，锌空气电池因能量密度高、成本低、安全性强，一直是下一代储能技术的热门候选。但功率密度不足和循环稳定性差的短板，使其难以满足电动车、便携设备对瞬时大功率的需求。而这一切的核心瓶颈，都聚焦在电池的 “心脏”—— 空气电极上。近日，湖南大学费慧龙老师课题组发表于《Advanced Materials》的研究给出了破局之法：通过 “高熵合金纳米颗粒 + 定向多孔碳膜” 一体化空气电极设计，结合DC DSR 旋转圆盘圆环电极装置与电化学工作站测试，准固态锌空气电池峰值功率密度飙至 545.5 mW/cm²，50 mA/cm² 高电流下稳定循环 165 小时，性能全面超越同类产品。下面我们来深度拆解这项技术突破。

一、空气电极为何成 “卡脖子” 环节？锌空气电池的工作逻辑是 “锌负极氧化供能，空气电极催化氧气反应”。其中空气电极需同时完成氧气还原（ORR）和氧气析出（OER）两大反应，其反应效率和物质传输速度直接决定电池功率与稳定性。以往空气电极存在三大短板：催化剂 “不给力”传统催化剂要么只擅长 ORR（如 Pt/C），要么只擅长 OER（如 RuO₂），且活性低、易失活；

结构 “混乱”孔隙大小不均、排列无序，要么堵死气体 / 离子传输，要么浪费空间导致催化剂负载不足；

传输 “低效”电子、离子、气体在电极内绕路（高曲折度），阻力大导致功率上不去。

要解决这些问题，必须同时从催化剂活性和电极结构设计双向突破 —— 这正是该研究的核心逻辑。

二、核心创新研究团队不走 “单一优化” 的老路，打造了 “催化剂 - 结构 - 传输” 三位一体的新型空气电极。1. 催化剂：高熵合金纳米颗粒，实现 “双反应全能催化”团队采用FeCoNiMnPt 五元高熵合金纳米颗粒，堪称催化剂里的 “六边形战士”：尺寸小、负载密：颗粒平均仅 2.1 nm，以 23.71 wt.% 的高密度均匀分散在碳膜上，单位面积活性位点极多；电子结构优、双反应通吃：X 射线吸收光谱显示，五种金属电子相互作用精准调控 Pt 的电子结构，既保留 ORR 高活性，又降低 OER 能垒。最终 ORR 与 OER 的电位差（ΔE）仅 0.53 V，远优于传统 Pt/C+RuO₂组合的 0.65 V，且经DC DSR 装置在 0.1 M KOH 电解液中测试，活性远超同类双功能催化剂。2. 结构：定向多孔碳膜，打通 “物质传输高速路”团队通过水热自组装 + 冰模板定向冷冻技术，打造平均孔径 5 μm 的定向多孔碳膜：孔隙 “有序定向”：电子显微镜下可见垂直定向的孔隙，像 “高速公路” 让氧气、离子、电子 “直达目标”，而非在无序孔隙中 “绕远路”；孔径 “精准适配”：5 μm 孔径既避免小孔隙的 “拥堵”，又不会像 15 μm 大孔径那样 “浪费空间”。对比实验显示，HEA/AF-5 的活性位点面密度是 15 μm 孔径电极的 2 倍、传统浆料电极的 9 倍。

3. 传输：低曲折度 + 高导电性，功率 “无阻力释放”定向多孔结构带来传输效率的飞跃：离子传输阻力低：电化学阻抗谱测试显示，HEA/AF-5 的离子传输阻力仅 4.79 Ω・cm²，远低于无序孔隙电极（6.55 Ω・cm²）和浆料电极（7.80 Ω・cm²）；曲折度大降：电极内部传输路径曲折度从传统浆料电极的 3.01 降至 1.42，路径越直传输越快；电子传导稳：碳膜定向结构让电子传导率达 22.2 S/m，比无序碳膜（18.2 S/m）更高效。

三、性能实测HEA/AF-5 组装的准固态锌空气电池（PAM 水凝胶电解质）经测试，性能堪称 “标杆级”：1. 功率密度 “一骑绝尘”峰值功率密度达545.5 mW/cm²—— 对比维度：传统浆料电极电池：仅 197.9 mW/cm²无序孔隙电极电池：461.6 mW/cm²大孔径电极电池：305.3 mW/cm²远超多数已报道的准固态锌空气电池（多数＜400 mW/cm²）

2. 循环稳定性 “超长待机”在 50 mA/cm² 高电流下（模拟电动车加速场景），电池稳定循环 165 小时，电压几乎无衰减 —— 传统锌空电池在这种工况下往往数十小时就因电极坍塌、催化剂失活失效。3. 倍率性能 “抗造耐造”电流密度从 10 mA/cm² 骤升至 100 mA/cm² 再回落时，放电电压快速恢复至初始水平，几乎无衰减 —— 证明其能适应负载剧烈波动，实用性拉满。

总结

这项研究的意义远超锌空气电池本身，它提供了一套 “高活性催化剂 + 定向多孔结构 + 精准电化学测试” 的通用设计思路。锌空电池实用化提速：高功率 + 长寿命的组合，使其有望快速落地电动两轮车、便携储能、甚至电动汽车领域。赋能多类储能技术：这套思路可直接迁移至燃料电池、锂空气电池等依赖气体电极的储能器件，推动整个行业技术升级。

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