東北林業大學團隊首創“木基鋅空電池”技術 破解新能源儲能難題——生物質催化劑推動電池性能躍升30%,碳排放降低50%

導語:面對全球能源轉型挑戰,一群中國大學生將目光投向森林。東北林業大學本科生團隊成功利用木材廢料開發出高效鋅空氣電池催化劑,性能超越傳統貴金屬材料30%,成本降至1/5,全生命周期碳排放降低30%-50%。這項名為“綠木方程”的技術,正為新能源產業開辟一條“林業碳匯+清潔儲能”的雙碳新路徑。

核心突破:木材廢料變身“電池心臟”

鋅空氣電池被譽為下一代儲能技術,但其商業化長期受制于昂貴的鉑/釕催化劑。東北林業大學團隊創新性地利用脫木質素木材的天然孔道結構,通過原位生長技術將鈷金屬納米顆粒封裝于硼氮共摻雜碳殼中,制成 Co@CoO/BNC復合催化劑。

技術亮點:

1. 雙功能活性躍升:

- 放電半波電位達850mV(超越商業鉑催化劑)

- 充電過電位僅310mV(電流密度10mA/cm2)

- 電子轉移效率趨近四電子反應路徑,減少能量損耗

2. 超強穩定性:

- 連續充放電300小時性能無衰減,循環壽命提升87%

3. 成本革命:

- 原料采用林業加工廢料,成本僅為傳統催化劑1/5-1/10

“木材的三維孔道是天然的納米反應器,我們通過原子級摻雜調控,讓‘低質木材’變成‘高值催化劑’。”項目負責人張佳偉表示。

環保閉環:每噸鋅減排12.5噸CO?

項目構建了從生物質回收到清潔能源的綠色鏈條:

- 碳足跡削減:傳統電池生產每噸鋅排放15噸CO?,而木基工藝僅排放2.5噸

預計年減排量可達數千萬噸

- 資源循環: 1立方米木材廢料可制備約200kg催化劑,推動林業廢棄物高值化利用

- 能量增益:電池功率密度達231.44mW/cm2,比容量提升91%(958.5mAh/g),年均可創0.76萬kW能量效益

產業化進程:2025年落地中試

團隊已攻克MOFs原位生長、硼摻雜缺陷工程兩大關鍵技術,獲國家級獎項4項,授權發明專利3項。據規劃:

- 2025年:完成200萬融資,建立催化劑示范生產線

- 2035年:帶動204個就業崗位,占據鋅空電池市場10%份額

- 2040年:目標營收5000萬元,利潤率48%

“我國林木生物質年產量超10億噸,這項技術讓‘綠水青山’真正轉化為‘儲能金山’。”指導教授強調。

青年力量:本科生團隊的綠色使命

這支由**7名本科生**組成的團隊,在兩年研發中踐行了“東林塞罕壩精神”:

- 從零學習電化學表征到掌握DFT理論計算

- 在國家級重點實驗室完成300余次工藝優化

- 論文被能源領域頂級期刊收錄

“用林業智慧守護青山,是我們對‘雙碳’承諾的答卷。”成員在電池實物上刻下的“我愛東北林業大學”(圖3),正是這所A+學科強校的育人縮影。

背景鏈接

鋅空氣電池市場正以6.6%年增速擴張,預計2030年全球規模達6億美元。我國“十四五”新材料規劃明確將生物質碳材料列為儲能領域重點突破方向。

> 圖1:硼氮共摻雜核殼催化劑結構

> 圖2:“木材→催化劑→電池”綠色鏈條

> 圖3:閃爍校徽的鋅空電池實物

> (圖片來源:東北林業大學綠木方程團隊)