金属锌的储量丰富、电化学可逆性好,锌-空气电池的比能量高,所以锌-空气电池作为静态储能和动力电源是一种比较理想的潜在方案;但锌-空气电池的效率和寿命受充电过程影响大,制约了该类电池在市场上广泛应用。当对锌-空气电池充电时,电池阳极会不断产生氧气,部分氧气泡会粘附在电极表面,阻滞充电过程。目前如何控制反应释放的氧气泡是一个棘手的问题。
近期,英国上市公司官网365汽车工程系裴普成教授研究团队在这方面的研究取得了较大进展。该团队于2016年2月12日在英国《自然》出版集团刊物旗下的《科学报告》发表论文《磁场诱导液体中气泡的运动行为》,揭示了磁场可以驱动气泡定向迁移,消除了锌-空气电池电极表面气泡集聚,降低了电能消耗,遏制了有损电池寿命的枝晶生长,使电解液成分和温度更均匀。该项研究成果可应用于其它金属-空气电池的充电过程、金属-空气燃料电池的燃料还原、电解制气、金属电解提纯、电镀等领域。除此之外,还可以扩展应用到医学和军事领域。
在研究锌-空气电池充电过程中,该研究团队发现施加磁场能使电解液快速自动流动。在条形槽锌-空气电池充电中,一侧电极释放的氧气泡在磁场作用下沿着电极表面定向移动,驱使电解液流动;在方形槽锌-空气电池充电中,氧气泡在磁场作用下做旋转运动。气泡运动方向取决于磁场方向,气泡运动速度与磁场强度、充电电流呈正相关性。
汽车系博士研究生王克亮为论文第一作者,裴普成教授为通讯作者。