顆粒在線(xiàn)訊：鋅-空氣電池（ZABs）因其能量密度高、環(huán)境友好和運(yùn)行安全等優(yōu)點(diǎn)而成為能源技術(shù)潛在的替代品。然而，在放電/充電過(guò)程中，空氣電極上氧還原和析出反應(yīng)（ORR/OER）復(fù)雜而緩慢的動(dòng)力學(xué)嚴(yán)重限制了其電化學(xué)性能，這導(dǎo)致低功率密度和不令人滿(mǎn)意的循環(huán)性能。同時(shí)，貴氧電催化劑，包括鉑（Pt）復(fù)合材料和釕（Ru）氧化物基復(fù)合材料，顯示出不足的雙功能催化活性和較差的穩(wěn)定性，不可避免地限制了它們?cè)诳沙鋃ABs中的進(jìn)一步擴(kuò)展應(yīng)用。構(gòu)建連續(xù)氧電催化劑甚至全空氣電極已成為可充ZABs的有效解決方案。特別是，具有自支撐結(jié)構(gòu)的空氣電極將有助于與電催化劑和集流體/基材的強(qiáng)接觸，并避免使用額外的粘結(jié)劑/添加劑，從而進(jìn)一步提高ZABs的整體電化學(xué)性能。

鑒于此，華中科技大學(xué)夏寶玉教授、齊鍇副研究員通過(guò)靜電紡絲技術(shù)制備了由分級(jí)Co/納米碳納米纖維組成的自支撐膜。這種混合膜可直接用作鋅-空氣電池中的雙功能空氣電極，并實(shí)現(xiàn)304 mW cm-2的高峰值功率密度和5 mA cm-2下長(zhǎng)達(dá)1500小時(shí)的使用壽命。其組裝的固態(tài)ZAB還提供了176 mW cm-2的高功率密度和良好的柔性。該研究可為整合高效電催化劑和電極的能量?jī)?chǔ)存和轉(zhuǎn)換技術(shù)提供有效的靜電紡絲解決方案。

文章亮點(diǎn)：

1．通過(guò)靜電紡絲和簡(jiǎn)單的熱處理制備了與雙功能氧電催化劑集成的自支撐空氣電極。該膜電極由鈷納米顆粒修飾的氮摻雜碳納米線(xiàn)和靜電紡絲的碳納米纖維（Co/CNWs/CNFs）構(gòu)成。

2. 碳基體中氮摻雜劑和分散的鈷物質(zhì)的配位產(chǎn)生了豐富的Co-N-C位點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)雙功能活動(dòng)。此外，分級(jí)自支撐膜本身充當(dāng)機(jī)械基底、活性成分和傳輸通道，這將暴露更多的活性位點(diǎn)并賦予增強(qiáng)的電化學(xué)耐久性。

3. 受益于這些協(xié)同優(yōu)勢(shì)，Co/CNWs/CNFs復(fù)化物在ORR和OER中表現(xiàn)出令人滿(mǎn)意的電催化活性和耐久性。當(dāng)用作自支撐空氣電極時(shí)，可充ZAB實(shí)現(xiàn)了304 mW cm–2的高功率密度和 5 mA cm–2下超過(guò)1500小時(shí)的循環(huán)穩(wěn)定性。這種自支撐膜電極還在固態(tài)ZAB中提供了卓越的性能，開(kāi)路電壓為1.55 V，功率密度為 176 mW cm–2，并在 1 mA cm–2下穩(wěn)定循環(huán)超過(guò)40小時(shí)。

圖1 制備及形貌表征

圖2 可充ZABs的電化學(xué)性能

圖3 固態(tài)ZABs的電化學(xué)性能