The millisecond fabrication of medium-entropy alloy as a high-performance bifunctional electrocatalyst for ultralong-term rechargeable zinc–air batteries

电催化剂 双功能 过电位 材料科学 合金 化学工程 析氧 电极 纳米技术 化学 电化学 冶金 催化作用 物理化学 有机化学 工程类
作者
Mengke Li,Lingbo Zong,Jiayi Zhao,Kaicai Fan,Fuxiang Song,Qi Zhang,Zumin Wang,Lei Wang
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier BV]
卷期号:976: 173183-173183 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2023.173183
摘要

Zinc air battery (ZAB) has widely recognized advantages such as high theoretical energy density, environmental friendliness, and safety. However, its cathodic reactions involve sluggish four-electron process oxygen reduction and oxygen evolution reactions (ORR and OER). Therefore, developing a cheap, efficient and durable dual functional oxygen electrocatalyst has important scientific significance and practical value for the development of ZAB. Herein, we applied noble metal free medium-entropy alloy (CoFeNi) nanoparticles which were in embedded nitrogen doped carbon framework (N-PCF) as a highly active and ultra-stable bifunctional electrocatalyst. The CoFeNi@N-PCF was prepared by high temperature thermal shock approach from ion-exchanged ZIF percussor to ensure the uniform dispersion of medium-entropy alloy, hierarchical porosity and strong metal-support interaction. Due to the medium-entropy induced synergistic effects, the as-prepared bifunctional electrocatalyst has a large ORR onset potential (Eonset) of 0.92 V and half-wave potential (E1/2) of 0.85 V (vs. RHE) in 0.1 M KOH. And the overpotential of OER in 1.0 M KOH is only 320 mV at 10 mA cm−2. When used in ZAB, the as-assembled rechargeable ZAB with the self-supported air electrode provides an extremely high-power density of 203 mW cm−2, a superior specific capacity of 812 mAh g−1, and amazing cycled steadily for 600 h. The assembled flexible ZAB with CoFeNi@N-PCF exhibits an excellent stability (over 45 h) and the excellent bending ability under different angles. This work can provide some new insights into the design and preparation of advanced bifunctional oxygen electrocatalysts for next-generation metal-air batteries.
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