Boosting gaseous oxygen transport in a Zn-air battery for high-rate charging by a bubble diode-inspired air electrode

材料科学 电极 二极管 电池(电) 聚四氟乙烯 气泡 电化学 光电子学 纳米技术 化学工程 复合材料 机械 热力学 功率(物理) 化学 物理 物理化学 工程类
作者
Yi He,Zhongxi Zhao,Yifan Cui,Wenxu Shang,Yongtang Chen,Peng Tan
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:57: 360-370 被引量:57
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.02.030
摘要

Fruitful efforts are made in designing effective zinc electrodes and electrocatalysts for rechargeable Zn-air batteries, while furious gaseous oxygen evolution on the air electrode during charging is rarely spotlighted. Herein, a “bubble-diode” concept from fluid dynamics is introduced to address the bubble issues. As a proof of concept, an expanded polytetrafluoroethylene membrane is selected as the substrate to construct the air electrode. In-situ observation and numerical simulation reveal that bubbles selectively penetrate from a less aerophilic side to a more aerophilic side in the designed electrode, but are blocked in conventional ones. Further, this electrode enables a Zn-air battery to exhibit an extremely high charging limiting current density of 94 mA cm−2 at the cut-off voltage of 2.2 V and long-lasting stability for over 600 cycles at 10 mA cm−2. This work opens up a path to bubble removal from the electrode structure, favoring practical applications of gas-involving electrochemical technology.
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