Avec le développement récemment croissant du poids léger, portable, électronique flexible et portable pour la santé et les dispositifs biomédicaux, il y a un besoin urgent d'explorer de nouvelles sources d'énergie avec une flexibilité et une adaptabilité humaine/tissu plus élevées. Maintenant, les chercheurs ont conçu des batteries métal-air de nouvelle génération, qui peuvent être facilement transformés en cellules flexibles et en forme de bracelet. Bien qu'ils nécessitent un développement supplémentaire avant d'être prêts pour le marché, les études actuelles ont établi des preuves solides que ces dispositifs pourraient offrir d'énormes opportunités pour la prochaine génération d'appareils flexibles, sources d'alimentation portables et bio-adaptables.

"Théoriquement, Les batteries Mg-air à base d'électrolyte neutre présentent des avantages potentiels dans les applications biomédicales par rapport à d'autres homologues métal-air à base alcaline, " dit le Dr Chong Cheng, un chercheur AvH et un spécialiste des nanomatériaux de carbone au département de chimie de la Freie Universität Berlin (Allemagne). Cependant, l'application conventionnelle des batteries Mg-air a fait face à plusieurs défis, dont l'un est la cinétique lente de la réaction de réduction de l'oxygène (ORR) dans la cathode à air. Actuellement, la conception rationnelle d'électrodes à oxygène avancées pour les batteries Mg-air avec une tension et une capacité de décharge élevées dans des conditions neutres reste un défi majeur. Jusqu'à maintenant, les chercheurs n'ont pas réalisé la synthèse évolutive d'électrocatalyseur d'oxygène à base de carbone intégré avec une activité catalytique ORR élevée, structures ouvertes mésoporeuses et interconnectées, et des canaux poreux 3-D pour la cathode à air.

Pour surmonter la limitation actuelle de la cinétique de réaction lente des cathodes à air dans les batteries Mg-air, Le Dr Chong Cheng de la Freie Universität de Berlin et le Dr Shuang Li de la Technische Universität Berlin ont réalisé une synthèse évolutive de Fe-Nx atomique couplé à des nanofibres de carbone dopées N mésoporeuses ouvertes comme électrode à oxygène avancée pour les batteries Mg-air.

"Inspiré par les structures de cordes fibreuses du bufo-spawn, nous avons conçu une nouvelle stratégie de fabrication basée sur l'électrofilage d'une solution de nanoagrégats de silice ramifiée en polyacrylonitrile et un revêtement secondaire et la carbonisation d'une couche mince de cadres d'imidazolate zéolitique dopé au Fe, qui confèrent aux nanofibres de carbone fabriquées une structure mésoporeuse ouverte et des sites catalytiques atomiques Fe-Nx couplés de manière homogène, ", ont déclaré les chercheurs.

L'électrocatalyseur à oxygène obtenu et la cathode à air construite en conséquence présentent de nombreux avantages, qui comprennent des structures interconnectées et des réseaux 3D hiérarchiquement poreux pour la diffusion ions/air, bonne bio-adaptabilité, et des performances électrocatalytiques élevées en oxygène pour les électrolytes alcalins et neutres. Plus important encore, les batteries Mg-air assemblées avec des électrolytes neutres révèlent une tension en circuit ouvert élevée, plateaux de tension de décharge stables, grande capacité, longue durée de vie, et une bonne flexibilité.

Les batteries Mg-air ne sont pas encore prêtes pour les appareils électroniques et biomédicaux commerciaux, mais cet avenir semble un peu plus proche. "Nous pensons que cette nouvelle électrode à oxygène peut répondre aux défis et aux besoins urgents de cathodes à air efficaces dans les batteries Mg-air à électrolytes neutres, mais il reste encore du travail à faire, " déclare le professeur Rainer Haag.