近日，化学化工学院杨亚辉/江浩老师团队在锌-空气电池领域的研究取得重要进展，在《Nature Communications》发表了题为“A dual-cathode zinc-ethylene glycol/air battery for concurrent electricity generation and plastic waste upcycling”的学术论文。
可充电锌-空气电池因其高理论能量密度、成本效益和环境友好性，被视为极具潜力的下一代储能技术。然而，其商业化进程长期受制于两大核心科学难题：（1）空气阴极上的氧还原反应与析氧反应动力学缓慢，导致电池能量效率低下；（2）析氧反应与氧还原反应在同一阴极上发生存在热力学不兼容性，易造成催化剂氧化失活，严重缩短电池寿命。近年来兴起的锌-X/空气杂化电池尝试用热力学更有利的有机物氧化反应（如，醇氧化、尿素氧化等）替代析氧反应，虽降低了充电电压，但仍未解决单阴极上的反应热力学冲突，且氧化产物多为低价值的二氧化碳或氮气，经济性不佳。
图1. 双阴极锌-乙二醇/空气电池（D-ZEAB）的工作原理与优势
为解决这一关键难题，我院杨亚辉/江浩老师团队设计了一种双阴极锌-乙二醇/空气电池（D-ZEAB），其核心创新在于将氧还原反应（ORR）和乙二醇氧化反应（EGOR）在空间上解耦，分别置于两个独立的阴极上。这种设计突破了传统锌-空气电池单阴极的局限，实现了同时发电和将PET塑料废物电重整为高价值C2化学品（如，乙醇酸），为协同解决能源存储与塑料污染问题提供了全新的一体化方案。此外，还开发了一种富缺陷、亚纳米厚的PdCuCo三金属烯双功能催化剂。该材料不仅显著提升了乙二醇氧化反应（EGOR）的质量活性（16.6 A mgPd⁻¹），也优化了氧还原反应（ORR）的动力学（半波电位0.9 V vs. RHE）。亲氧元素（Cu、Co）引入调控了Pd位点的电子结构，协同促进乙二醇选择性氧化为乙醇酸并抑制副反应，是实现高效、高选择性电重整的关键。得益于上述电池结构与催化材料的创新，所组装的D-ZEAB电池实现了多项突破性性能指标：高达91.7%的能量转换效率、>93%的乙醇酸法拉第效率以及1696小时的长循环寿命。初步技术经济分析证实，该系统处理每吨PET塑料废物可产生净收益，首次从实验和理论上同时验证了该技术在高效能量转换与废弃塑料升级回收方面的可行性与经济性。
全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-70736-1
湖南师范大学杨亚辉教授、江浩副教授及香港城市大学张文军教授、黄渤龙教授为该论文的共同通讯作者，学院2022级博士研究生李南（已毕业）为唯一第一作者，我校为论文第一通讯单位。该研究在国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、湖南省教育厅重点项目等基金项目的资助下完成。