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2021-08-04
颗粒在线讯：锌-空气电池（ZABs）因其能量密度高、环境友好和运行安全等优点而成为能源技术潜在的替代品。然而，在放电/充电过程中，空气电极上氧还原和析出反应（ORR/OER）复杂而缓慢的动力学严重限制了其电化学性能，这导致低功率密度和不令人满意的循环性能。同时，贵氧电催化剂，包括铂（Pt）复合材料和钌（Ru）氧化物基复合材料，显示出不足的双功能催化活性和较差的稳定性，不可避免地限制了它们在可充ZABs中的进一步扩展应用。构建连续氧电催化剂甚至全空气电极已成为可充ZABs的有效解决方案。特别是，具有自支撑结构的空气电极将有助于与电催化剂和集流体/基材的强接触，并避免使用额外的粘结剂/添加剂，从而进一步提高ZABs的整体电化学性能。
鉴于此，华中科技大学夏宝玉教授、齐锴副研究员通过静电纺丝技术制备了由分级Co/纳米碳纳米纤维组成的自支撑膜。这种混合膜可直接用作锌-空气电池中的双功能空气电极，并实现304 mW cm-2的高峰值功率密度和5 mA cm-2下长达1500小时的使用寿命。其组装的固态ZAB还提供了176 mW cm-2的高功率密度和良好的柔性。该研究可为整合高效电催化剂和电极的能量储存和转换技术提供有效的静电纺丝解决方案。
文章亮点：
1．通过静电纺丝和简单的热处理制备了与双功能氧电催化剂集成的自支撑空气电极。该膜电极由钴纳米颗粒修饰的氮掺杂碳纳米线和静电纺丝的碳纳米纤维（Co/CNWs/CNFs）构成。
2. 碳基体中氮掺杂剂和分散的钴物质的配位产生了丰富的Co-N-C位点，可实现双功能活动。此外，分级自支撑膜本身充当机械基底、活性成分和传输通道，这将暴露更多的活性位点并赋予增强的电化学耐久性。
3. 受益于这些协同优势，Co/CNWs/CNFs复化物在ORR和OER中表现出令人满意的电催化活性和耐久性。当用作自支撑空气电极时，可充ZAB实现了304 mW cm–2的高功率密度和 5 mA cm–2下超过1500小时的循环稳定性。这种自支撑膜电极还在固态ZAB中提供了卓越的性能，开路电压为1.55 V，功率密度为 176 mW cm–2，并在 1 mA cm–2下稳定循环超过40小时。
图1 制备及形貌表征
图2 可充ZABs的电化学性能
图3 固态ZABs的电化学性能
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