FeNi decorated nitrogen-doped hollow carbon spheres as ultra-stable bifunctional oxygen electrocatalyst for rechargeable zinc–air battery with 2.7% decay after 300 hours cycling

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作者
Shengjie Lun,Hanbin Wang,Yijing Deng,Jinting Cui,Pei Liang,Kaiwen Wang,Lin Lv,Houzhao Wan,Hao Wang
出处
期刊:RSC Advances [Royal Society of Chemistry]
卷期号:14 (6): 3857-3866
标识
DOI:10.1039/d3ra08572d
摘要

Research on non-noble metal bifunctional electrocatalysts with high efficiency and long-lasting stability is crucial for many energy storage devices such as zinc-air batteries. In this report, nitrogen-doped porous hollow carbon spheres with a size of about 300 nm were fabricated using a modified Stöber method and decorated with an FeNi alloy through a pyrolytic reduction process, resulting in a promising bifunctional electrocatalyst for both the oxygen evolution reaction and oxygen reduction reaction. The as-prepared FeNi@NHCS electrocatalyst exhibits excellent bifunctional activity in KOH electrolyte, attributed to its mesoporous structure, large specific surface area, and the strong coupling between the FeNi nanoalloy and nitrogen-doped carbon carriers. The electrocatalyst demonstrates excellent ORR performance with E1/2 = 0.828 V and OER activity with Ej=10 mA = 1.51 V. A zinc-air battery using FeNi@NHCS as the air electrode achieves an open-circuit voltage of 1.432 V and a maximum power density of 181.8 mW cm-2. After 300 h of galvanostatic charge-discharge cycles, the charge-discharge voltage gap (ΔU) of the battery had only decayed by 2.7%, demonstrating superior cycling stability.

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