Highly Dispersive Co@N‐C Catalyst as Freestanding Bifunctional Cathode for Flexible and Rechargeable Zinc–air Batteries

双功能 阴极 过电位 材料科学 电池(电) 化学工程 析氧 分散性 阳极 纳米技术 电极 催化作用 化学 电化学 有机化学 高分子化学 功率(物理) 物理化学 工程类 物理 量子力学
作者
Yu Ma,Ding Chen,Weijun Li,Yapeng Zheng,Lin Wang,Gang Shao,Qiao Liu,Weiyou Yang
出处
期刊:Energy & environmental materials 卷期号:5 (2): 543-554 被引量:21
标识
DOI:10.1002/eem2.12315
摘要

The design of efficient cathode with great cycle performance, high flexibility, and low cost is essential for the commercialization of zinc–air battery (ZAB). Herein, we report the exploration of freestanding bifunctional cathode with rationally designed structures, namely, tiny Co nanoparticles embedded in N‐doped carbon nanofiber aerogels, which have desired features including uniform Co dispersity, balanced distribution of N‐C species, hierarchically porous structure with increased fraction of meso‐ to micropores, and moderate amounts of defects. Accordingly, the as‐fabricated cathodes exhibit positive half‐wave potential of 0.82 V for oxygen reduction and small overpotential of 350 mV at 10 mA cm −2 for oxygen evolution, respectively, which deliver smaller reversible oxygen electrode index (0.76 V) than the commercial Pt/C+RuO 2 (0.80 V) and most Co‐based electrocatalysts ever reported. Impressively, the as‐constructed liquid rechargeable ZAB behaves high peak power density (160 mW cm −2 ), large specific capacity (759.7 mAh g −1 at 10 mA cm −2 , tested after 120 h of OCV tests), and robust stability over 277 h. Moreover, the as‐assembled quasi‐solid‐state ZAB using such freestanding cathode represents excellent mechanical flexibility and outstanding cycle performance, regardless of being serviced under extremely bending conditions from 0° to 180°, underscoring their promising applications as durable bifunctional cathode for portable metal–air batteries.
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