Small:超长寿命可快充的柔性锌空气电池

随着近年来柔性电子器件的飞速发展,当前的商业电池已经难以满足其日益增长的需求,迫切需要开发相应的新型高性能柔性电池。在诸多储能装置中,柔性锌空气电池具有的高能量密度、环境友好、安全、价格低廉等优点,是应用于柔性电子储能的理想体系。锌空气电池是一种基于氧气的氧化还原反应的半开放体系电池,电池性能主要受到正极材料的催化活性影响。因此,制备具有双功能氧还原、氧析出活性的柔性正极,是实现高效柔性锌空气电池的关键。相比于贵金属材料的资源有限、价格昂贵、稳定性差,过渡金属化合物具有优异的热稳定性、化学稳定性、导电性、机械性能、廉价等有点,广泛应用于储能器件的研究中。此外,传统的柔性电极大多是在柔性基底上利用粘结剂涂覆活性物质,弯折过程中容易导致活性物质脱落,而且添加的粘结剂容易引起电池副反应。

最近,香港理工大学倪萌教授团队的刘通博士(第一作者),在不锈钢网基底上直接生长具有氧析出催化活性的Co4N纳米片,进而利用纳米片上的钴原位生长ZIF67,随后通过低温热解三聚氰胺,得到原位锚定的具有氧还原活性的Co-N-C纳米颗粒,获得了具有高效双功能催化活性的柔性一体化电极(SSM/Co4N/CoNC)。得益于这种无粘结剂的一体化电极具有充足的活性位点、多孔结构、高导电性,以及Co-N-C和Co4N之间的协同效应,该电极在碱性电解液中表现出优异的双功能活性和稳定性。ORR的半波电位为0.833 V;当电流密度为10 mA cm-2时,OER过电势为 275 mV。利用SSM/Co4N/CoNC组装的锌空气电池展现出优异的循环稳定性。在电流密度为20 mA cm-2时,重复使用回收的SSM/Co4N/CoNC正极搭配新的电解液和锌负极,所组装的锌空气电池的总循环寿命累计超过10000次。该电池即使在100 mA cm-2的超高充电电流密度下,依然能够稳定循环1750次。此外,使用这种柔性一体化的正极,所组装的固态锌空气电池也能稳定循环100小时以上。这项工作不仅为其他柔性电极设计提供了参考,而且证明了长循环和可快充锌空气电池具有的商业化应用的潜力。

论文信息:

In Situ Anchoring Co–N–C Nanoparticles on Co4N Nanosheets toward Ultrastable Flexible Self-Supported Bifunctional Oxygen Electrocatalyst Enables Recyclable Zn–Air Batteries Over 10 000 Cycles and Fast Charging

Tong Liu, Siyuan Zhao, Ying Wang, Jie Yu, Yawen Dai, Jian Wang, Xiaoxu Sun, Kaihua Liu, Meng Ni*

Small

DOI: 10.1002/smll.202105887

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202105887

原创署名:刘通