5. Cấu trúc của đề tài
1.4.2. Các quá trình xúc tác điện hóa trong pin kẽ m– không khí
Từ phương trình hóa học trên, thế năng cân bằng của pin kẽm - không khí phải là 1,65 V, tại cathode là 0,4 V và anode là -1,25 V. Tuy nhiên, điện áp làm việc thực tế của pin kẽm – không khí nhỏ hơn 1,65 V do sự tổn thất điện bên trong khi hoạt động. Quá trình điện hóa của pin kẽm – không khí thể hiện qua sơ đồ đường cong phân cực của pin kẽm – không khí sau đây:
Từ đường cong phân cực, có thể thấy rằng cần quá thế lớn để tạo ra các ion hydroxyl bằng phản ứng khử oxy (ORR). Đây là lý do tại sao điện áp làm việc của pin kẽm – không khí thực tế (đường màu đỏ) nhỏ hơn nhiều so với 1,65 V. Xét phản ứng ngược, phản ứng tiến hóa oxy (OER) (đường màu xanh) cũng cần một thế lớn để sạc pin kẽm – không khí. Đây là lý do tại sao nhiều nghiên cứu đã tập trung vào làm thế nào để giảm thiểu quá thế trong phản ứng cathode bằng cách phát triển các chất xúc tác mới và cấu trúc điện cực không
Hình 1.5: Sơ đồ đƣờng cong phân cực của pin kẽm - không khí. Đƣờng màu đen là thế năng cân bằng của pin kẽm - không khí 1,65 V. Đƣờng màu đỏ là điện áp thực tế khi phóng điện thấp hơn 1,65 V (ứng với phản ứng khử oxy ORR). Đƣờng màu xanh là điện áp cần thiết để sạc pin kẽm-không khí (ứng với phản ứng tiến hóa oxy OER) [19].
khí [19].
Như vây, động học của quá trình khử oxy (ORR) trong quá trình phóng điện và tiến hóa oxy (OER) trong quá trình sạc của pin chậm là trở ngại lớn giới hạn nhiều thiết bị chuyển đổi năng lượng điện hóa như pin sạc kẽm – không khí được ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn. Do đó, các quá trình xúc tác trong pin kẽm – không khí đó là quá trình khử oxy (ORR) trong quá trình phóng điện và tiến hóa oxy (OER) trong quá trình sạc của pin [20].
Những hạn chế động học đối với phản ứng điện hóa oxy thường khá lớn, và lớn hơn cả đối với hydro, làm giảm hiệu suất trong các công nghệ đầy hứa hẹn như nhiên liệu mặt trời, nhiên liệu tế bào, máy điện phân, và pin kim loại – không khí.