Bifunctional porous Co-doped NiO nanoflowers electrocatalysts for rechargeable zinc-air batteries

非阻塞I/O 过电位 材料科学 化学工程 双功能 析氧 电化学 掺杂剂 功率密度 电极 催化作用 纳米技术 兴奋剂 化学 光电子学 物理化学 物理 工程类 量子力学 功率(物理) 生物化学
作者
Jinmei Qian,Xiaosong Guo,Tongtong Wang,Peitao Liu,Hong Zhang,Daqiang Gao
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier]
卷期号:250: 71-77 被引量:106
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2019.03.021
摘要

Abstract Zinc-air batteries (ZnABs) represent one of the most promising options to power next-generation electric vehicles owing to their high theoretical energy density and reliable safety. However, their further development and application is hampered due to the lack of high-efficiency bifunctional air electrocatalysts. Herein, porous Co-doped NiO nanoflowers (Co-NiO NFs) with outstanding electrocatalytic activity and stability toward oxygen evolution reaction (ORR) and oxygen reduction reaction (OER) is reported for the first time, including a positive half-wave potential (0.79 V) for ORR and a small overpotential (1.53 V at 10 mA cm−2) for OER. Firstly, the synergistic effect between the sound two-dimensional (2D) hexagonal framework and numerous nanopores inside the nanosheets offers an available surface for O2 adsorption/diffusion, and a large effective electrochemical active surface area for exploring and utilizing more active sites. Secondly, Co dopants can effectively increase the conductivity of pristine NiO nanoflowers (NFs) and simultaneously enhances the intrinsic ORR and OER activity. Notably, the liquid ZnABs with engineered Co-NiO NFs electrode exhibits a high discharge peak power density of 93 mW cm−2, a satisfactory specific capacity of 830 mA h g-1 at the current density of 5 mA cm−2, together with excellent cycling stability of 110 h at 2 mA cm−2. Additionally, the corresponding all-solid-state ZnABs assembled with Co-NiO NFs shows a long durability with the stable charge-discharge cycles of 6 h and good flexible nature.
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