鋅空氣電池(ZABs)的理論能量密度為1370 Wh kg^?1，非常有希望代替現(xiàn)有的鋰離子電池。然而，鋅空電池空氣陰極的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常常受到析氧反應(yīng)(OER)和氧還原反應(yīng)(ORR)的限制，真正走向應(yīng)用被阻礙。

當(dāng)務(wù)之急，除了開發(fā)出同時(shí)具備優(yōu)異OER和ORR性能的雙功能催化劑以外，最好還能夠兼具柔性。

目前柔性鋅空電池性能不如人意的原因，來自于三個(gè)方面：

i）在固態(tài)電解質(zhì)中，緩慢的離子/電子傳輸動(dòng)力學(xué)導(dǎo)致低催化活性；

ii)聚吡咯、聚酰亞胺等聚合物添加劑的使用，雖然可以提高電極柔性，但降低了整個(gè)器件的能量密度。

iii)活性催化劑與碳材料的接觸不牢固，容易發(fā)生脫落。

有鑒于此，蘇州大學(xué)晏成林教授聯(lián)合新加坡國立大學(xué)John Wang教授，以及浙江農(nóng)林大學(xué)陳浩教授一起，共同設(shè)計(jì)出一種新型雙功能催化劑，該催化劑可使鋅空電池獲得896 mA h g^?1的容量。

CuCo₂S₄NSs@N‐CNFs材料的制備分為靜電紡絲和碳化兩步，拉伸強(qiáng)度為330 MPa。CuCo@PAN/PVP納米纖維的直徑大約為180–200 nm，即便在400 °C的碳化/氧化溫度下，纖維形貌也能得到很好的保持。

在HRTEM中，0.235 nm和0.285 nm晶格間距分別對(duì)應(yīng)著CuCo₂S₄立方相的(004)和(113)晶面。

ORR測(cè)試：CuCo₂S₄ NSs@N‐CNFs電極的起始電位為0.957 V，半波電位為0.821 V，0.2 V的極限電流密度為5.94 mA cm^?2。

OER測(cè)試：在10 mA cm^?2電流密度下，CuCo₂S₄NSs@N‐CNFs電極的過電位為315 mV，塔菲爾斜率為48mV dec^?1。

同步輻射表征可以證明N‐CNFs核和CuCo₂S₄ NSs殼之間存在界面相互作用；在EXAFS圖中，1.82 ?處的峰為Co-S鍵，1.58 ?處的峰為Co-O鍵。

CuCo₂S₄NSs@N‐CNFs基鋅空電池的開路電壓為1.46 V，可以穩(wěn)定保持20 h，功率密度為232 mW cm^?2；在電流密度為25 mA cm^?2時(shí)，容量為896 mA h g_Zn^?1，對(duì)應(yīng)的能量密度為965.2 Wh kg^?1。

將電池從0°到180°彎曲時(shí)，電池極化曲線幾乎沒有變化；即便彎曲折疊10000次，電池容量仍為原先的93.62%。

該工作以“CuCo₂S₄ Nanosheets@N‐Doped Carbon Nanofibersby Sulfurization at Room Temperature as Bifunctional Electrocatalysts inFlexible Quasi‐Solid‐State Zn–Air Batteries” 為標(biāo)題于2019年7月6日發(fā)表在國際頂刊Adv. Sci.上。

CuCo₂S₄Nanosheets@N‐Doped Carbon Nanofibers by Sulfurization at Room Temperature asBifunctional Electrocatalysts in Flexible Quasi‐Solid‐State Zn–Air Batteries. (Adv.Sci., 2019，DOI: 10.1002/advs.201900628)

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.20190062