Small:富缺陷石墨烯量子点工程化金属硫化物双功能催化剂用于柔性锌-空气电池

随着可弯曲、折叠的便携式/可穿戴电子设备的快速发展, 其极大地加剧了人们对柔性储能器件的需求。虽然目前在柔性超级电容器和锂离子电池等研究方面取得了一些重要进展,但为了延长便携式消费电子设备的续航时间,急需开发具有更高能量密度的柔性储能器件。其中,锌-空气电池作为一种新型绿色储能器件由于其具有能量密度高、安全、对环境友好等优点,受到了人们极大的关注,并在便携式电子设备、通讯系统等领域显示出巨大的应用潜力。迄今,大多数可充锌-空气电池的空气电极主要采用传统的涂敷技术进行制备,其大大限制了锌-空气电池在柔性电子器件和设备中的应用。因而,开发具有良好的机械柔韧性、廉价、高效、稳定的双功能空气阴极催化剂,对于构建高性能柔性锌-空气电池具有重要的意义,从而推动锌-空气电池的进一步应用。

鉴于上述问题,近日,加拿大滑铁卢大学余爱萍、陈忠伟教授及其合作者采用简单的水热法以及硫化处理等在柔性碳布上可控生长具有阵列结构的金属硫化物 (NiCo2S4),同时辅以富缺陷石墨烯量子点的工程化策略,制备了一种新型的柔性自支撑双功能阴极催化剂。与商业的Pt/C和Ir/C催化剂相比,该复合电极作为双功能催化剂表现出高效的氧还原和氧析出活性和稳定性。更重要的是,基于该催化剂构建的柔性准固态锌-空气电池展现出良好的性能 (优于贵金属Pt/C和Ir/C的复合电极),其开路电压可达1.41 V, 最大功率密度为26.2 mWh/cm-2, 同时具有非常小的电压差;并且可以在12小时不同弯折条件下保持良好的性能;通过串联连接获得的柔性锌-空气电池组能够给智能手机充电,展示出很好的应用前景。

该工作为开发廉价、高性能自支撑氧电极催化剂和柔性锌-空气电池研究提供了工作思路,其相关结果发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201903610)上。