Enhancing Efficiency and Durability of Alkaline Zn‐Co/Air Hybrid Batteries with Self‐Reconstructed Co/Co2P Heterojunctions

材料科学 异质结 阴极 电池(电) 拉曼光谱 化学工程 功率密度 耐久性 纳米结构 纳米技术 光电子学 复合材料 物理化学 量子力学 光学 物理 工程类 功率(物理) 化学
作者
Zhuying Xu,Jie Chen,Tianyu Zhang,Haidan Lu,Lei Yan,Jiqiang Ning,Yong Hu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
被引量:2
标识
DOI:10.1002/aenm.202402839
摘要

Abstract Zn‐Co/air hybrid batteries showcase enhanced energy efficiency, power density, and stability compared to Zn‐air batteries. Nevertheless, it remains challenging to fabricate multi‐functional cathode materials with fast reaction kinetics. Herein the synthesis of a wheat‐like cathode composed of the “cereal‐grains” of densely arranged Co/Co 2 P heterostructures grown on the “central stems” of P/N codoped carbon nanofibers (denoted as Co/Co 2 P@PNCF) is presented. The biomimetic nanostructures not only offer abundant exposed active sites to maximize accessibility but also establish efficient multi‐channel networks for both electron transfer and O 2 /OH − diffusion. Furthermore, the active species of high‐valent Co, resulting from self‐reconstruction of the Co/Co 2 P heterojunction during the first cycle, create efficient Co 2+ ↔ Co 4+ redox pairs and provide additional charging‐discharging voltage plateaus. In situ Raman spectroscopy measurement combined with ex situ X‐ray diffraction evidence supports the reversible process of Co 3+/4+ O x (OH) y ↔ K x Co 2+/3+ O y , leading to improved efficiency and durability of the battery. As a result, Zn‐Co/air hybrid battery based on the Co/Co 2 P@PNCF exhibits a remarkable power density (321 mW cm −2 ), ultralong cycle stability (700 h), and a large energy efficiency (62% at 20 mA cm −2 ).
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