Rigorous assessment of electrochemical rechargeability of alkaline Zn-air batteries

电化学 析氧 材料科学 双功能 催化作用 电解质 极化(电化学) 过渡金属 电极 化学 生物化学 物理化学
作者
Zhiwei Zhao,Wentao Yu,Wenxu Shang,Yunhui He,Yanyi Ma,Zhuojun Zhang,Peng Tan
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:543: 231844-231844 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.231844
摘要

Zn-air batteries (ZABs) are experiencing a resurgence of attention due to competitive energy density and inherent safety. Multiple recent reports suggest that optimized bifunctional catalysts resolve the century-old challenge of ZABs and enable electrochemical rechargeability, but it is still difficult to ponder and scale-up. Herein, a rigorous assessment of electrochemical rechargeability masked by stable voltage profiles is presented. First, polarization testing as an essential technique for rapidly benchmarking the electrochemical performance of ZABs is evaluated. Then, the cycling stability tests at different depth of discharge (DOD) show that the Zn depletion rate per cycle increases significantly with increasing DOD, reaching 10% at a DOD of 50%. Further, differential electrochemical mass spectrometry is introduced for in-situ monitoring oxygen released during charging. Stable voltage profiles may miss critical information indicating effective charging, especially with transition metal oxides as catalysts and cycling using small DOD, the cycling process may involve only valence conversion of transition metals rather than oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). Finally, electrolyte changes masked by the stable voltage profile are investigated. Hopefully, this work provides useful guidelines for realizing the electrochemical rechargeability of air-based batteries including ZABs.
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