顆粒在線訊：鋅-空氣電池（ZABs）因其能量密度高、環(huán)境友好和運行安全等優(yōu)點而成為能源技術(shù)潛在的替代品。然而，在放電/充電過程中，空氣電極上氧還原和析出反應(yīng)（ORR/OER）復(fù)雜而緩慢的動力學(xué)嚴重限制了其電化學(xué)性能，這導(dǎo)致低功率密度和不令人滿意的循環(huán)性能。同時，貴氧電催化劑，包括鉑（Pt）復(fù)合材料和釕（Ru）氧化物基復(fù)合材料，顯示出不足的雙功能催化活性和較差的穩(wěn)定性，不可避免地限制了它們在可充ZABs中的進一步擴展應(yīng)用。構(gòu)建連續(xù)氧電催化劑甚至全空氣電極已成為可充ZABs的有效解決方案。特別是，具有自支撐結(jié)構(gòu)的空氣電極將有助于與電催化劑和集流體/基材的強接觸，并避免使用額外的粘結(jié)劑/添加劑，從而進一步提高ZABs的整體電化學(xué)性能。

鑒于此，華中科技大學(xué)夏寶玉教授、齊鍇副研究員通過靜電紡絲技術(shù)制備了由分級Co/納米碳納米纖維組成的自支撐膜。這種混合膜可直接用作鋅-空氣電池中的雙功能空氣電極，并實現(xiàn)304 mW cm-2的高峰值功率密度和5 mA cm-2下長達1500小時的使用壽命。其組裝的固態(tài)ZAB還提供了176 mW cm-2的高功率密度和良好的柔性。該研究可為整合高效電催化劑和電極的能量儲存和轉(zhuǎn)換技術(shù)提供有效的靜電紡絲解決方案。

文章亮點：

1．通過靜電紡絲和簡單的熱處理制備了與雙功能氧電催化劑集成的自支撐空氣電極。該膜電極由鈷納米顆粒修飾的氮摻雜碳納米線和靜電紡絲的碳納米纖維（Co/CNWs/CNFs）構(gòu)成。

2. 碳基體中氮摻雜劑和分散的鈷物質(zhì)的配位產(chǎn)生了豐富的Co-N-C位點，可實現(xiàn)雙功能活動。此外，分級自支撐膜本身充當機械基底、活性成分和傳輸通道，這將暴露更多的活性位點并賦予增強的電化學(xué)耐久性。

3. 受益于這些協(xié)同優(yōu)勢，Co/CNWs/CNFs復(fù)化物在ORR和OER中表現(xiàn)出令人滿意的電催化活性和耐久性。當用作自支撐空氣電極時，可充ZAB實現(xiàn)了304 mW cm–2的高功率密度和 5 mA cm–2下超過1500小時的循環(huán)穩(wěn)定性。這種自支撐膜電極還在固態(tài)ZAB中提供了卓越的性能，開路電壓為1.55 V，功率密度為 176 mW cm–2，并在 1 mA cm–2下穩(wěn)定循環(huán)超過40小時。

圖1 制備及形貌表征

圖2 可充ZABs的電化學(xué)性能

圖3 固態(tài)ZABs的電化學(xué)性能