新型中空碳纳米纤维助力锌-空气电池商业化

近日，东华大学材料科学与工程学院研究团队在《应用催化B-环境》发表满足可充放电锌-空气电池需要的双效催化剂的高水平论文。

可充放锌空电池在放电时，阴极发生氧还原反应（ORR），而在充电过程中发生氧析出反应（OER），因此可充放电池对阴极催化剂的要求更加苛刻，要求催化剂同时具有氧还原和氧析出的双效功能。传统的贵金属催化剂如Pt和Ir催化性能单一，不能同时兼具ORR和OER的双功能性，而且价格十分昂贵，阻碍了可充放锌空电池中的商业化应用。

针对上述问题，东华大学材料科学与工程学院李光研究员团队采用同轴静电纺的方法，将钴（Co），氮（N）和硫（S）引入到多孔中空碳纳米纤维中（HPCNF），经过热处理之后，成功制备了含有Co9S8纳米颗粒、N和S共掺杂的中空碳纳米纤维（Co9S8-NSHPCNF）（图1）。

图1催化剂形貌和元素分析

图2 基于Co9S8-NSHPCNF的锌空气电池性能

由于Co9S8纳米粒子与HPCNF之间的协同作用，较高的比表面积、多孔和中空结构、N和S的掺杂以及良好的导电性，制备出来的Co9S8-NSHPCNF对ORR和OER同时表现出优良的催化性能和耐久性。以Co9S8-NSHPCNF为空气阴极组装的锌空气电池放电峰值功率密度(113 mW cm-2)高于Pt/C (80 mW cm-2)，循环稳定性优良（图2）。

相关研究成果以题为“Co9S8 nanoparticles embedded in multiple doped and electrospun hollow carbonnanofbers as bifunctional oxygen electrocatalysts for rechargeable zinc-air battery”发表在期刊《Applied Catalysis B: Environmental》（影响因子14.229）上，该论文第一作者为材料学院博士生彭威。该研究成果得到了中国石化股份有限公司资助。