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王康丽/李浩秒EEM: Ni/Fe-NC中心和掺氮3D碳纤维原位耦合,高效催化ORR和OER

随着柔性电子器件的不断发展,柔性储能和转换器件的发展引起了人们的极大关注。从理论上讲,可充电锌-空气电池由于成本低、能量密度高、操作安全,在柔性电子领域具有很大的应用潜力。然而,空气电极中氧还原/氧析出反应(ORR/OER)动力学缓慢,导致大的放电/电荷过电位,严重阻碍了柔性锌-空气电池的发展。

基于此,华中科技大学王康丽李浩秒等以二元Ni/Fe-NC纳米立方体和碳布上的掺氮碳纳米纤维(NCF)为原位偶联剂,合成了一种柔性自支撑电极(Ni/Fe-NC/NCF/CC)。

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基于Ni-NC和FeNC的协同催化作用,该二元Ni/Fe-NC催化剂提供了高效的ORR和OER反应位点。

此外,Ni/Fe-NC与NCF的原位耦合不仅提供了丰富、稳定的反应位点,而且保证了快速的电子转移和气体传输,从而实现了ORR/OER的高效、快速、稳定的运行;并且柔性无粘结剂空气电极避免了粘结剂的副作用,有利于提高催化性能。

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因此,Ni/Fe-NC/NCF/CC电极在50 mA cm-2电流密度下的OER过电位仅为310 mV;在4 mA cm-2电流密度下的ORR电位为0.952 V,性能优于许多双功能催化剂。

此外,Ni/FeNC/NCF/CC驱动的液态锌-空气电池具有2150次充放电循环稳定性,采用Ni/FeNC/NCF/CC的柔性锌-空气电池具有优异的机械性能和105.0 mW cm-2的高功率密度,显示出优异的电池性能。

此外,由两个带有Ni/FeNC/NCF/CC电极的液体锌-空气电池驱动的水分解槽能够稳定地运行6h。综上,该项工作提供了一种简单可行的柔性独立空气电极合成方法,拓宽了制备柔性双功能空气电极的途径,在一定程度上推动了柔性锌-空气电池的发展。

In Situ Coupling of Highly Dispersed Ni/Fe Metal-NC Sites and N-doped 3D Carbon Fibers toward Free-standing Bifunctional Cathode for Flexible Zinc-air Battery. Energy & Environmental Materials, 2022. DOI: 10.1002/eem2.12541



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