鋅-空氣電池陰極催化劑領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期：2022-05-14
近日，遼寧科技大學(xué)化工學(xué)院“能源材料與電化學(xué)”遼寧省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在合成鋅-空氣電池陰極催化劑領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，研究成果在材料類(lèi)TOP期刊《Journal of Materials Chemistry A》（IF=12.73）以封面論文 (Inside cover paper) 發(fā)表題為 “Vacancy-engineered CeO
2/Co heterostructure anchored on the nitrogen-doped porous carbon nanosheet arrays vertically grown on carbon cloth as an integrated cathode for the oxygen reduction reaction of rechargeable Zn–air battery”的研究論文。論文第一作者為2018級(jí)博士研究生李姝馨，通訊聯(lián)系作者為安百鋼教授，我校為唯一通訊單位。
可充電鋅-空氣電池具有能量密度高、安全性好、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種很有前途的儲(chǔ)能裝置。然而，非貴金屬催化劑在改善鋅-空氣陰極緩慢的氧反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方面仍面臨挑戰(zhàn)。為了解決這一問(wèn)題，該研究以金屬-有機(jī)框架（MOF）為前驅(qū)體，采用碳化-水解過(guò)程，構(gòu)建了CeO
2/Co異質(zhì)結(jié)構(gòu)修飾的氮摻雜多孔碳納米片陣列垂直生長(zhǎng)在碳布上的集成陰極。該材料獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在于，首先，垂直生長(zhǎng)在碳布上的氮摻雜多孔碳納米片陣列電極不僅可以在不使用任何導(dǎo)電劑、粘合劑的情況下，直接在集流體與催化劑之間進(jìn)行快速的電子轉(zhuǎn)移和質(zhì)量傳遞，而且納米片陣列結(jié)構(gòu)改善了原始碳布浸潤(rùn)性，避免了制備過(guò)程中的團(tuán)聚現(xiàn)象，進(jìn)而使活性位點(diǎn)更容易介入，增強(qiáng)了活性位點(diǎn)利用率。其次，構(gòu)建CeO
2/Co異質(zhì)結(jié)構(gòu)從而利用CeO
2豐富氧空位調(diào)控催化位活性氧，有效提高Co物種活性位點(diǎn)催化效率，并且二者協(xié)同催化促進(jìn)了氧反應(yīng)（氧還原和氧析出）進(jìn)行。該集成材料用于鋅-空氣電池陰極展現(xiàn)了優(yōu)異催化性能，表現(xiàn)出高開(kāi)路電壓、比容量和倍率性能，并且在高電流密度下，具有極好的充放電穩(wěn)定性。
該項(xiàng)研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、興遼英才計(jì)劃項(xiàng)目以及遼寧省能源材料與電化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。
（供稿：化工學(xué)院）