Synergistic electrocatalytic oxygen reduction reactions of Pd/B4C for ultra-stable Zn-air batteries

材料科学 电解质 催化作用 贵金属 化学工程 纳米技术 无机化学 金属 电极 冶金 物理化学 有机化学 化学 工程类
作者
Yanan Chen,Xu Zhang,Huijuan Cui,Xin Zhang,Zhaojun Xie,Xin‐Gai Wang,Menggai Jiao,Zhen Zhou
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:15: 226-233 被引量:42
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2018.04.010
摘要

Highly active and durable electrocatalysts are desired to promote oxygen reduction reactions (ORR) for Zn-air batteries. Here we report a promising catalyst of Pd nanoparticles supported on boron carbide (Pd/B4C) through a facile hydrothermal route. The Pd/B4C electrode not only shows the same onset potential of 0.96 V vs. RHE as the Pt/C electrode, but also an obviously larger limiting current density. More importantly, compared with noble metal electrodes, Pd/B4C shows higher power density (187 mW cm-2) and much more durable cycle life (up to 1333 h) in Zn-air batteries. To gain insight into the enhanced ORR activity by B4C support, first-principles computations reveal the synergistic effect between B4C and Pd; B4C could significantly promote O2 adsorption and splitting on Pd/B4C composites, while Pd particles on B4C have a major effect on the transformation of O* to OH-. The computations are consistent with the experimental characterizations. This work opens up a new avenue for seeking novel and durable electrocatalysts for Zn-air batteries with B4C substrates, which are chemically and electrochemically stable in hash alkaline electrolytes during operation.

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