鋅-空氣電池陰極催化劑領域取得重要進展
發(fā)布日期：2022-05-14
近日，遼寧科技大學化工學院“能源材料與電化學”遼寧省重點實驗室在合成鋅-空氣電池陰極催化劑領域取得重要進展，研究成果在材料類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，被認為是一種很有前途的儲能裝置。然而，非貴金屬催化劑在改善鋅-空氣陰極緩慢的氧反應動力學方面仍面臨挑戰(zhàn)。為了解決這一問題，該研究以金屬-有機框架（MOF）為前驅(qū)體，采用碳化-水解過程，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在碳布上的集成陰極。該材料獨特的優(yōu)勢在于，首先，垂直生長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電劑、粘合劑的情況下，直接在集流體與催化劑之間進行快速的電子轉(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性，避免了制備過程中的團聚現(xiàn)象，進而使活性位點更容易介入，增強了活性位點利用率。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物種活性位點催化效率，并且二者協(xié)同催化促進了氧反應（氧還原和氧析出）進行。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。
該項研究工作得到了國家自然科學基金項目、興遼英才計劃項目以及遼寧省能源材料與電化學重點實驗室的支持。
（供稿：化工學院）