Biomass-based Hierarchical Porous ORR and OER Bifunctional Catalysts with Strong Stability for Zn-Air Batteries

双功能 催化作用 电池(电) 化学工程 材料科学 析氧 阴极 碳纤维 无机化学 纳米技术 化学 电极 电化学 有机化学 物理化学 功率(物理) 物理 量子力学 复合材料 复合数 工程类
作者
Junli Nie,Mei Dong,Guangkai Chen,Nannan Wang,Jun Nie,Guiping Ma
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:11 (30): 11161-11171 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.3c01866
摘要

Although the Zn-air battery has many advantages, its short practical life hinders its development. Many solutions have been proposed and extensively studied. In this paper, a cobalt-nitrogen co-doped hierarchical porous carbon-based bifunctional catalyst (Co/N-HPCs-800) is reported, using sustainable and low-cost sodium alginate (Na-Alg), a common seaweed extract, as a precursor to complex excess metal particles. The hydrogel network formed by the exchange of sodium ions with metal cation (Co2+) ions is the key to the controllable synthesis of highly dispersed metal atoms. Co/N-HPCs-800 shows excellent catalytic performance and durability in oxygen reduction reaction (E1/2 = 0.86 V) and oxygen evolution reaction (367 mV @ 10 mA cm–2). Importantly, we only attenuated the half-wave potential by 8 mV after more than 50,000 cycles. In addition, the Zn-air batteries (ZABs) using Co/N-HPCs-800 as a cathode exhibit a power density up to 159.67 mW cm–2 and a high specific capacity of 787.94 mA h g–1. This work opens up practical new strategies for synthesizing excess metal catalysts in low cost, effectively improving the service life of Zn-air batteries.
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