Inspirée par la nature, une équipe de recherche de l'Université des sciences et technologies du Jiangsu en Chine a développé une électrode à air asymétrique innovante en adoptant une stratégie d'assemblage à base de carbone. Cette électrode utilise des nanofeuillets de graphène fonctionnalisés (FGNS) et des nanotubes de carbone fonctionnalisés (FCNT) comme modules de construction, tous deux ancrés avec de la phtalocyanine de fer pour la catalyse de la réduction de l'oxygène. Les FGNS s'assemblent en une structure stratifiée hydrophile ressemblant à des écailles de poisson, orientée vers l'électrolyte pour faciliter la pénétration ionique ; les FCNT forment quant à eux une structure duveteuse hydrophobe semblable aux pattes d'araignée d'eau, exposée à l'air pour accélérer le transport de l'oxygène.
Cette structure asymétrique (Asy-FCNTs-FGNSs) étend la zone de réaction triphasique (catalyseur solide/électrolyte liquide/oxygène gazeux) en créant un gradient continu de mouillabilité, permettant un transport rapide des matières pour l'oxygène et les ions. L'optimisation de la structure améliore l'utilisation et la durabilité des sites catalytiques, améliorant directement les performances des batteries zinc-air.
Les données expérimentales montrent que les batteries zinc-air équipées de l'électrode à air biomimétique asymétrique présentent des performances significativement améliorées : une densité de puissance de crête atteignant 239,3 mW cm⁻², une capacité spécifique de 814,3 mAh g⁻¹ à 10 mA cm⁻², et une durée de vie stable de 3696 cycles à la même densité de courant. Ces indicateurs surpassent ceux des électrodes à air symétriques traditionnelles et des électrodes à air autoportantes avancées rapportées précédemment.
Ce design est non seulement supérieur en performance, mais il possède également un procédé de fabrication évolutif et rentable. Grâce à sa structure biomimétique et sa méthode d'assemblage simple, cette recherche fournit un paradigme innovant pour l'optimisation de l'architecture des électrodes, pouvant potentiellement faire progresser le développement des batteries zinc-air et d'autres technologies de stockage d'énergie avancées.
