文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2026.105067
可充电锌空气电池（ZABs）是极具前景的可持续储能器件，但仍受充电电压高、能量效率低（约60%）等问题制约。本文设计了一种混合型锌空气电池体系（h-ZAB）：充电过程中采用单糖氧化反应（MOR）替代耗能严重的析氧反应（OER），并配套高性能氮掺杂碳纳米管包覆镍钴合金双功能电催化剂实现该体系运行。该催化剂具备优异双功能电催化活性：电流密度100毫安每平方厘米下，单糖氧化反应电位为1.29 V（可逆氢电极标度）；氧还原反应（ORR）半波电位达0.85 V（可逆氢电极标度）。结合实验表征与理论计算证实，镍钴合金与氮掺杂碳纳米管界面形成的内建电场可引发电荷重新分布，优化反应中间体吸附强度、降低反应能垒，进而大幅提升电催化反应动力学速率。在10毫安每平方厘米电流密度下，该混合型锌空气电池充放电电压差仅0.32 V，往返能量效率高达82.6%，且充电过程同步生成高附加值甲酸盐。更重要的是，该电池在40毫安每平方厘米条件下可稳定运行200小时，全程电压差低于0.58 V。本研究提出一种储能与生物质高值化耦合的可持续方案，为可再生能源电化学体系的开发提供全新思路。
综上，本文构建了一套混合型锌空气电池（h-ZAB）体系，依托NiCo@NCNT/CW催化剂实现单糖氧化反应（MOR）与氧还原反应（ORR）耦合。NiCo@NCNT/CW催化剂具备优异的双催化功能：在100毫安每平方厘米电流密度下，单糖氧化反应电位为1.29 V（相对于可逆氢电极），氧还原反应半波电位可达0.85 V（相对于可逆氢电极）。此外，组装得到的混合型锌空气电池在10毫安每平方厘米下充放电电压差仅0.32 V，往返能量效率高达82.6%，较传统锌空气电池提升37.7%，且反应过程可同步联产甲酸盐。即便在工况更严苛的40毫安每平方厘米电流密度下，该混合型锌空气电池仍可稳定运行200小时，全程充放电压差控制在0.58 V以内。NiCo@NCNT/CW催化性能的提升源于能带调控型电荷过滤异质结的界面工程效应：该界面结构可同时优化电荷转移动力学以及反应中间体的吸脱附过程。本研究搭建了兼具储能与生物质资源化利用的双功能电化学平台，为开发可规模化、碳中和型电化学技术提供可行路线。