Carbon-Based Electrodes for Advanced Zinc-Air Batteries: Oxygen-Catalytic Site Regulation and Nanostructure Design

纳米技术 碳纤维 氧气 催化作用 材料科学 纳米结构 电极 析氧 克拉克电极 化学工程 电化学 化学 复合数 工程类 复合材料 生物化学 电解质 物理化学 有机化学
作者
Wenjie Shao,Rui Yan,Mi Zhou,Lang Ma,Christina Roth,Tian Ma,Sujiao Cao,Chong Cheng,Bo Yin,Shuang Li
出处
期刊:Electrochemical energy reviews [Springer Nature]
卷期号:6 (1) 被引量:74
标识
DOI:10.1007/s41918-023-00181-x
摘要

Abstract Zn-air batteries are highly attractive for direct chemical-to-electrical energy conversion and for solving the energy crisis and environmental problems. Designing efficient oxygen electrodes has been considered one of the most critical steps in the development of advanced Zn-air batteries because of the sluggish kinetics of the oxygen reduction reaction and the oxygen evolution reaction. In recent years, nanostructured carbon-based electrodes with large surface areas, efficient oxygen-catalytic centers, and hierarchically porous matrices have provided significant opportunities to optimize the performance of the oxygen electrodes in both primary and rechargeable Zn-air batteries. In this review, we provide a comprehensive summary of the reported nanostructured carbon-based electrodes for advanced Zn-air batteries in terms of tailoring the oxygen-catalytic sites and designing carbon supports. The versatile synthetic strategies, characterization methods, and in-depth understanding of the relationships between the oxygen-catalytic sites/nanostructures and the oxygen electrode performance are systematically summarized. Furthermore, we also briefly outline recent progress in engineering flexible and high-power Zn-air batteries. Ultimately, a thorough discussion of current primary challenges and future perspectives on the rational design of nanostructured carbon-based oxygen electrodes is given, thus providing inspiration for the future prosperity of fast-kinetic and efficient Zn-air batteries in a broad range of energy fields. Graphical Abstract
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