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理化所高電流密度下可充放電式鋅空氣電池研究取得進(jìn)展
2017-09-10 13:37:00
關(guān)鍵詞:理化所鋅空氣電池

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  可逆鋅空氣電池具有價(jià)格低廉、環(huán)境友好和能量密度高(1084Wh kg-1)等優(yōu)勢,在便攜式交通工具和能量儲(chǔ)存器件應(yīng)用方面潛力巨大。該電池的核心組分是驅(qū)動(dòng)氧還原反應(yīng)(ORR)和析氧反應(yīng)(OER)的雙功能催化劑,但存在動(dòng)力學(xué)緩慢及循環(huán)穩(wěn)定性差等問題。因此,發(fā)展廉價(jià)、高效的雙功能催化劑,對(duì)于推動(dòng)可逆鋅空氣電池的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

  氮化物,如Ni3FeN等,因其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和半金屬特性,在電催化氧氣還原反應(yīng)(OER)中,表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。但將Ni3FeN應(yīng)用于可逆鋅空氣電池中,面臨兩個(gè)問題:一是氮化物的ORR活性低;二是氮化物的在合成過程(氨氣氣氛煅燒)中易團(tuán)聚,難以得到更小尺寸、更多活性位暴露的氮化物,阻礙其OER性能的進(jìn)一步提升。

  近日,中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所超分子光化學(xué)研究團(tuán)隊(duì)研究員張鐵銳課題組采用“一石二鳥”的策略,通過引入鈷氮共摻雜碳載體(Co,N-CNF),有效減輕Ni3FeN在高溫合成過程中的團(tuán)聚問題,從而縮小其尺寸至14nm;同時(shí)Co,N-CNF本身具備優(yōu)良的ORR性能。因此,Ni3FeN/Co,N-CNF復(fù)合物的OER性能明顯優(yōu)于貴金屬IrO2,ORR性能超過商業(yè)化Pt/C,該雙功能催化劑可實(shí)際應(yīng)用于可逆鋅空氣電池,并在高電流密度(50 mA cm-2)下長時(shí)間穩(wěn)定工作。該策略為設(shè)計(jì)和合成多功能催化劑提供了新思路,可廣泛應(yīng)用于金屬空氣電池、可充放電式燃料電池、全分解水以及其他能源領(lǐng)域。

  研究結(jié)果以3D Carbon Nanoframe Scaffold-immobilized Ni3FeN Nanoparticle Electrocatalysts for Rechargeable Zinc-Air Batteries’Cathodes為題發(fā)表在Nano Energy上。

  研究工作得到科技部國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目、國家“萬人計(jì)劃”-青年拔尖人才支持計(jì)劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(B類)等的支持。

稿件來源: 中國科學(xué)院網(wǎng)站
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