A Rational Approach to Suppress Hydrogen Evolution Reaction and its Concurrent Zinc Corrosion in Zinc-air Batteries: A Uniform Dispersion of Carbon Nanodots in the Electrolyte

腐蚀 电解质 色散(光学) 材料科学 碳纤维 无机化学 纳米点 冶金 化学工程 化学 纳米技术 复合数 电极 复合材料 物理化学 物理 有机化学 工程类 光学
作者
Thiruvenkatam Subramaniam,B S Krishnaveni,S Thanga Kasi Rajan,S. Devaraj
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [The Electrochemical Society]
标识
DOI:10.1149/1945-7111/ad439c
摘要

Abstract Zinc-air batteries (ZABs) have garnered tremendous attention due to their higher theoretical energy density, cost-free fuel from the atmosphere, ease of fabrication, and environmental friendliness. However, the poor kinetics of the oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) happening at the air-cathode, the hydrogen evolution reaction (HER), and its concurrent zinc corrosion occurring at the anode contribute to the failures of ZABs. While various electrocatalysts are developed to accelerate ORR and OER, the strategies explored to mitigate the issues of anode involve modification of either the zinc anode or the electrolyte. Though the modification of the anode or the electrolyte suppresses HER, it affects the oxygen reactions taking place at the air-cathode. Herein, HER and its concurrent zinc corrosion are suppressed by uniform dispersion of carbon nanodots in the native electrolyte. In addition, this rational approach accelerates both the ORR and OER. The carbon nanodots are prepared electrochemically and characterized using absorption and emission spectroscopy and microscopic studies. Subsequently, carbon nanodots are uniformly dispersed in 6 M KOH (CNF) and used as the electrolyte. The CNF suppresses HER by increasing the overpotential and impedes the zinc corrosion.

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