Advanced Functional Materials:静电纺丝法制备用自支撑钴/纳米碳杂化膜用于长寿命可充电锌空气电池

锌空气电池由于其放电容量大、比能量高、生产成本低、放电性能稳定,近些年来受到广泛关注和研究。然而,其中在放电/充电过程中,空气电极中发生的氧还原和氧析出反应复杂而缓慢,严重限制了电池功率密度和循环稳定性等电化学性能,因此亟需开发高效催化剂进而改善催化反应性能。然而,电催化剂在制备和应用过程中通常发生颗粒团聚,机械稳定性脆弱,电催化活性降低。有鉴于此,构建具有连续结构的氧电催化剂乃至集成空气电极成为可充电锌空气电池的有效解决方案。特别是,自支撑结构的空气电极有助于与电催化剂和集电极/基底紧密接触,避免使用额外的粘合剂/添加剂,这进一步提高了锌空气电池的整体电化学性能。

近年来,静电纺丝技术广泛应用于纳米纤维及其相关材料制备。基于此,华中科技大学齐锴、夏宝玉报道了利用静电纺丝和热处理技术制备了一种集成双功能氧电催化剂的自支撑空气电极,并在锌空气电池中表现出优异性能。

研究人员通过静电纺丝技术和热处理手段合成了负载有钴纳米粒子修饰的氮掺杂碳纳米线的静电纺丝碳纳米纤维(Co/CNWs/CNFs),使其成为具有分层结构的自支撑杂化膜,并表现出高表面积和更多活性位点暴露。得益于这些协同优势,作为空气电极用于可充电水系锌空气电池时具有304 mW cm2 的高功率密度,在5 mA cm2的电流密度下表现出超过1500 h的优异循环稳定性。同时在固态柔性锌空气电池中表现出176 mW cm2的功率密度和超过40 h循环稳定性。这项工作为可充电锌空气电池提供了一种集成催化材料的高效自支撑空气电极,而且对利用静电纺丝技术设计集成电极提供了参考和借鉴。

论文信息:

Electrospinning Synthesis of Self-Standing Cobalt/Nanocarbon Hybrid Membrane for Long-Life Rechargeable Zinc–Air Batteries

Chenfeng Xia, Lei Huang, Dafeng Yan, Abdoulkader Ibro Douka, Wei Guo, Kai Qi*, Bao Yu Xia*

Advanced Functional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202105021

原文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202105021