锌空气电池的应用领域，一种简单策略助力耐用可充电锌空气电池

很多朋友对锌空气电池的应用领域，一种简单策略助力耐用可充电锌空气电池不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

由于传统化石燃料的消耗和环境问题，人们对开发清洁和可持续的能源转换技术越来越感兴趣。近年来，可充电锌空气电池（ZAB）因其天然丰富、高理论比能量密度（1086 Wh kg1）、环境友好和出色的安全性而被认为是有前途的可再生能源。然而，空气阴极上氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）缓慢的反应动力学仍然阻碍了高效ZAB的发展。合理设计对析氧反应（OER）和氧还原反应（ORR）具有优异活性和稳定性的双功能催化剂对于可充电锌空气电池（ZAB）至关重要。中南大学的学者提出了一种简单的配位桥接策略，构建嵌入多孔富氮碳纳米层（Co-CoN4@NCNs）中的双功能Co-CoN4杂化活性位点，用于ORR和OER。同步加速器X射线吸收光谱和密度泛函理论计算表明，本征ORR/OER活性的增加可归因于原子Co-N位点和金属Co位点之间有效的界面电荷转移所产生的强大电子。相关性。原位拉曼光谱证实OER 活性取决于反应过程中形成的CoOOH 中间体。 CoN4@NCNs 在碱性介质中的ORR（E1/2=0.83 V）和OER（10 mA cm2 下，=310 mV）表现出优异的双功能催化性能。组装的Co-CoN4@NCNs基可充电ZAB具有1.47 V的开路电压、118.8 mW cm2的峰值功率密度、776.7 mAh g1的比容量和1500次循环的优异循环稳定性。界面电子特性的调控有助于可充电金属-空气电池双功能电催化剂的合理设计。图1. a-c) Co-CoN4、 金属Co 和CoN4 模型的结构（俯视图），以及相应的d-f) 计算能带结构和g-i) 电子态密度。图2.a）CoN4@NCNs制造工艺示意图； b, c) SEM 图像，d) TEM 图像，e) HRTEM 图像，f) HAADF-STEM 图像，g) 电子能量损失谱(EELS) 和h) CoN4@NCNs 的共EDS 元素图。图3.a) XRD 图谱； b) 拉曼光谱； c) NCN和co-CoN4@NCNs的接触角测量； d) Co-CoN4@NCNs的Co 2p高分辨率XPS谱图； e) Co K-edge XANES 光谱和f) Co-CoN4@NCNs、Co 箔、CoPc 和CoO 相应的傅里叶变换光谱； g) Co-CoN4@NCNs、Co 箔和CoPc 的WT-EXAFS 谱图图4.a) 在1600 rpm 下。 CN、NCN、CoN4@NCNs、Co-CoN4@NCNs和Pt/C催化剂在0.1 mol L1KOH溶液中的ORR LSV结果； b) 所制备催化剂的塔菲尔图； c) co-CoN4@NCNs催化剂在不同转速下的LSV曲线； d) Co-CoN4@NCNs和Pt/C催化剂的转移电子数和H2O2%； e) CN、NCN、CoN4@NCNs、Co-CoN4@NCNs 和RuO2 催化剂在1.0 mol L1KOH 溶液中的OER LSV 曲线和f) 相应的Tafel 图； g) 制备的催化剂的Cdl曲线； h) 不同电位的co-CoN4@NCNs催化剂在OER过程下的原位拉曼光谱； i) 所制备催化剂的总体极化曲线。图5.a) Co-CoN4 上含氧中间体的优化几何结构； bd) Co-CoN4、 金属Co 和CoN4 模型上O 原子的DOS 图； e) U=0 V 时的ORR 吉布斯自由能图，f) U=1.23 V 时ORR 的吉布斯自由能图，以及g) Co-CoN4、 金属上U=1.23 V 时OER 的吉布斯自由能图Co和CoN4模型可以算出。

图6. a) 使用co-CoN4@NCNs 催化剂的可充电ZAB 示意图； b) 基于co-CoN4@NCNs和Pt/C+RuO2的ZAB电路图； c) Co-CoN4@NCNs和Pt/C+RuO2基ZAB充放电极化曲线； d) 基于Co-CoN4@NCNs和Pt/C+RuO2的ZAB功率密度图； e) Co-CoN4@NCNs 和Pt/C+RuO2ZAB，电流密度为10 mA cm2。恒电流放电极化曲线； (f) 电池在不同电流密度下的放电曲线； g）可充电Co-CoN4@NCNs和Pt/C+RuO2基ZAB在10 mA cm2下的恒电流循环稳定性。

在本研究中，采用简单的配位桥接策略构建嵌入三维多孔NCN中的双功能Co-CoN4杂化活性位点。结合XRD 和XPS 分析来确认Co-CoN 杂化活性位点的形成。原位拉曼光谱表明，一些Co-CoN4活性位点转化为COOH中间体有助于提高OER性能。 DFT计算表明，原子Co-N位点和金属Co位点之间的电子关系促进了Co-N位点上双功能ORR/OER活性CoN4@NCN的形成。 CoN4@NCNs 在KOH 溶液中的OER (=310 mV @ 10 mA cm2) 和ORR (E1/2=0.83 V) 中表现出优异的双功能性能。基于Co-CoN4@NCNs的可充电ZAB具有1.47 V的大开路电压、118.8 mW cm2的高放电峰值功率密度、776.7 mAh g1的高规格容量和1500次的优异循环稳定性循环。适用于基于Pt/C+RuO2 的ZAB。这些特性可以为绿色能源存储和转换技术的高效多功能催化剂的开发提供新的参考。评论柳青

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