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[转载]上海大学张久俊&张方舟&颜蔚Carbon Energy:用于提高柔性锌空电池氧还原反应性能的简易碳布活化策略

已有 320 次阅读 2022-7-11 17:13 |系统分类:论文交流|文章来源:转载

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研究背景

锌空电池(Znic-air battery, ZAB)由于其理论能量密度高、高安全性、低成本等优势,应用十分广泛。由于阴极空气电极中氧还原反应迟缓的动力学过程,ZAB的实际能量密度要远低于理论值。电池阴极一般由催化剂、粘合剂、导电剂混合涂层的基底物质构成,其中粘合剂等的存在使得电子转移受阻,比能量密度降低。碳布(Carbon Cloth, CC)由于其高导电性及优异的机械强度,被广泛用于柔性储能系统。研究表明,无催化剂负载的活化CC可直接用作阴极空气电极,制备得到高性能的ZAB。目前用于CC活化的工艺复杂、化学药品多具有腐蚀性且活化条件苛刻,本文则开发了电CC活化策略。活化的CC可直接用作ZAB的空气阴极而无需负载任何其他催化剂。该方法对耗时短、对设备要求低、且无需任何腐蚀性试剂,因此具有很大的应用前景。


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内容和亮点

上海大学张久俊、颜蔚、张方舟等人开发了电CC活化策略,该活化策略以2 mM的NH4Cl水溶液为电解液,施加+50 V的直流电压对CC进行氧化,随后施加-50 V直流电压对氧化后的CC进行还原,便得到活化CC。团队发现氧化过程中,极高的直流电压不仅导致了CC表面类碳层的剥离,展现出类石墨烯结构,而且还引发了含氧基团的掺入以及N和Cl原子的掺杂。还原过程中, CC的π-π共轭碳网络结构部分重建,CC的导电性得到恢复。这种电活化CC显示出优异的ORR反应活性。将上述电活化CC直接用作无催化剂负载的空气电极,组装了水系和柔性全固态ZABs,两种ZABs均表现出良好的性能,表明了电活化CC在实际设备中应用中具有巨大潜力。此外,团队详细比较了不同电解质(如KCl、(NH4)2CO3和NH4Cl)对于电活化CC性能的影响,发现以NH4Cl为电解质时,电活化CC具有最佳的ORR活性,表明电活化CC的催化活性主要来自于表明的类石墨烯结构以及含氧冠能和共掺杂的N和Cl原子。

文章以题为“ Facile carbon cloth activation strategy to boost oxygenreduction reaction performance for flexible zinc‐airbattery application”发表在Carbon Energy

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相关论文信息

论文原文在线发表于Carbon Energy,点击“阅读原文”查看论文

论文标题:

Facile carbon cloth activation strategy to boost oxygenreduction reaction performance for flexible zinc‐airbattery application

论文网址:

https://doi.org/10.1002/cey2.189

DOI:10.1002/cey2.189


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