微波辅助石墨作为无催化剂阴极的高效铝基电化学能源系统

为解决铝空气电池(AABs)阴极成本高、结构复杂的问题，研究人员开发了微波辅助(MW)改性石墨作为无催化剂阴极，结合过硫酸钠(Na2S2O8)电解液，将体系电压提升至2.02?V，能量密度达2314?Wh/kgAl，系统成本降低90%。该研究为高性能铝基储能装置提供了新范式。

　　

铝因其高理论能量密度和储量丰富，被视为最具潜力的储能材料之一，铝空气电池(AABs)也因此成为研究热点。然而，传统AABs的空气呼吸阴极需包含催化剂、气体扩散层等多重结构，成本占整电池80%以上，且氧还原反应(ORR)动力学缓慢、催化剂易降解等问题严重制约其商业化进程。更棘手的是，复杂的阴极设计还导致系统笨重、效率低下，这与当前对轻量化、低成本储能设备的需求背道而驰。

韩国国立济州大学(Jeju National University, Republic of Korea)的Muthukumar Perumalsamy团队在《Materials Science and Engineering: A》发表研究，提出一种革命性解决方案：通过微波辅助(MW)技术改性石墨，使其兼具阴极和双极板功能，同时采用过硫酸钠(Na₂S₂O₈)替代传统ORR阴极，构建高效铝基电化学能源系统(Al-EES)。

研究采用三大关键技术：1) 微波辐照处理酸功能化石墨，通过拉曼图谱(Raman mapping)和扫描电化学显微镜(SECM)表征表面特性；2) 密度泛函理论(DFT)计算验证电子转移机制；3) 优化电解液配方(3 M NaOH + 1.5 M Na₂S₂O₈)提升电化学性能。

研究结果
Preparation of acid-functionalized graphite plate
酸处理使原始石墨表面引入极性官能团，微波辐照后形成高度无序结构，比表面积增加3倍，为电荷转移提供更多活性位点。

Physicochemical characterization of cathodes
拉曼光谱显示MW处理使石墨ID/IG值从0.85升至1.23，证实缺陷密度增加。SECM证实改性石墨对Na₂S₂O₈的催化活性提升400%。

Conclusion
MW-石墨阴极使体系开路电压达2.02?V，峰值功率密度161?mW?cm^?2，较传统AABs提升2.5倍。DFT计算表明氧官能团促进电子离域，加速Na₂S₂O₈还原反应。

该研究突破性地将石墨阴极成本降低90%，同时实现2314?Wh/kg_Al的能量密度，为大规模储能提供了兼具经济性与高性能的技术路径。微波处理的快速、环保特性更使其具备工业化应用潜力，或将重塑铝基储能设备的设计范式。