全球能源结构加速转型的背景下，锌空气电池凭借较高的理论能量密度和环境友好特性，被认为是储能领域的重要方向之一；但其阴极氧还原反应（ORR）动力学偏慢、贵金属催化剂成本高等问题，长期影响产业化进度。研究团队将原子级分散的铁-氮活性中心（Fe-Nx）、铁纳米颗粒与富氧空位的纳米氧化铈进行复合，构建三维多级结构。实验显示，引入氧化铈后形成“金属-载体强相互作用”效应，通过氧空位介导的电子重分布，降低了Fe-Nx位点的电子密度，使催化位点对氧分子的吸附能垒下降37%。同步辐射X射线吸收谱更证实，电子结构优化后，该催化剂在碱性介质中的本征活性超过商用铂碳材料。 该技术进展主要体现在三上：其一，稳定性明显提升，1万次循环后半波电位仅衰减1%；其二，电池应用表现突出，在310毫瓦/平方厘米的高功率输出下仍能保持电压稳定；其三，采用非贵金属体系使材料成本降低约85%。中国科学院过程工程研究所专家表示，这种“单原子-纳米颗粒-氧化物载体”的协同设计，为提升燃料电池、金属空气电池等装置寿命提供了新的思路。 据团队负责人介绍，目前已在实验室完成公斤级材料制备验证，下一步将与新能源企业合作推进中试生产。随着2025年全球锌空气电池市场规模预计突破50亿美元，该技术有望在分布式储能、电动汽车等领域形成具备自主知识产权的竞争优势。
新型储能要实现规模化应用，关键在于通过材料创新解决反应动力学与寿命两大瓶颈；单原子铁与富氧空位氧化铈的协同结果表明，围绕机理开展结构与界面设计，非贵金属催化剂同样可以兼顾高活性与高耐久。随着制备可控性提升、体系验证推进及工程适配完善，这类催化材料有望为我国能源转型有关关键技术储备提供更有力的支撑。