寻找高活性、低成本、具有快充性能的可充电锌空气电池电催化剂是其商业化应用的关键。
近日,南京工业大学邵宗平教授,廖开明副教授报道了将Fe,Cl共掺杂的Ni3N纳米颗粒(FC-Ni3N)与触角状的N掺杂碳纳米管(NCNT)相结合,采用阳离子/阴离子共掺杂的方法制备了一种具有3D交联结构的无贵金属双功能电催化剂(FC-Ni3N/NCNT)。FC-Ni3N原位生长在NCNT,是一种性能优异的OER催化剂,具有电荷转移阻抗低、充电速度快、循环寿命长等优点。
文章要点
1)FC-Ni3N/NCNT优异的OER性能源于FC-Ni3N具有良好的反应物化学吸附和本征体电导率以及具有三维交联结构的FC-Ni3N/NCNT电极具有快速的电子转移和产物解离性能,从而保证了良好的电荷转移和传质动力学。
2)实验结果表明,FC-Ni3N/NCNT在电流密度为10 mA cm-2时的过电位为260 mV,Tafel斜率为46 mV dec-1,远远优于RuO2基准催化剂的337 mV的过电位和91 mV dec-1的Tafel斜率。正如预期的那样,基于FC-Ni3N/NCNT电极的ZABs在20 mA cm-2的恒定充电电位为1.96 V以及超过700次循环的优异耐久性,而RuO2基ZAB只能运行80次循环。具体地说,在50 mA cm-2的超高充电倍率和4 mAh cm-2的高面容量下,采用FC-Ni3N/NCNT的可充电ZAB仍然显示出2.02 V的低充电电位,超过了最先进的RuO2基准的2.75 V。
参考文献
Qian Lu , Xiaohong Zou , Cuie Wang , Kaiming Liao , Peng T an , Ran Ran , Wei Zhou , Meng Ni , Zongping Shao , T ailoring Charge and Mass Transport in Cation/Anion-codoped Ni3N / N-doped CNT Integrated Electrode toward Rapid Oxygen Evolution for Fast-Charging Zinc-Air Batteries, Energy Storage Materials (2021)
DOI:10.1016/j.ensm.2021.04.013
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.04.013