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来琳斐教授课题组在石墨烯基材料的研究进展系列—锌空电池中催化剂和结构设计的研究进展
 添加时间:2017/09/29 发布: 管理员
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近年来,由于能量密度高,环境友好,安全和成本低的优点,水系锌空电池受到了广泛的关注。在锌-空气电池中,空气阴极是氧气还原和氧气析出的中枢,因此它成为制约锌-空气电池性能的关键因素。IAM团队来琳斐教授和新加坡南洋理工大学申泽骧教授课题组回顾近年来对锌空气电池体系结构的研究,并对其发展进行了综述。南工IAM为该论文的第一单位。对于可充电的锌空气而言,为了达到较好的循环性能,需要同时对氧还原和析氧都具有较高的催化活性。因此,寻找合适的阴极催化剂,优化设计电极结构,有效改善锌-空气电池的充放电性能和可逆性,提高电池的阴极性能是锌空电池研究的主要内容。同时,由于电催化反应发生在催化剂、电解质和氧气相接的三相界面中,因此,催化剂结构调控,对于最大限度地提高空气阴极的性能具有重要意义。到目前为止,有大量的研究报道针对析氧和氧还原的各种催化剂,例如杂原子掺杂的碳纳米材料、过渡金属氮//硫化物以及钙钛矿氧化物等,越来越多的研究者尝试把这些催化剂应用于锌空电池的原型中。

另外目前大多数催化反应的研究依然采用旋转圆盘电极作为主要手段,然而转盘电极的极大降低了传质对于ORR 反应速率的影响,然而在锌空电池中,采用干燥空气中的氧气作为反应物,由于氧气在电解质中的溶解度较低,因此需要较多的都孔结构以缩短气体在电解液中的扩散距离,另外增大有效电催化活性面积也是非常重要的。因此对于常规研究的电催化剂需要在锌空电池的原型中以研究其实用性。

同时具备介孔和大孔的电极材料能够便于气体扩散和离子传输,其中介孔是催化剂反应的主要活性位点,而大孔则提供了反应物传递的重要通道。可充电锌空电池由于在充电中形成氧气膜,则会降低充电容量,并导致锌在电极表面沉积,造成较大的充电极化。目前常规用的镍网、碳布等电极集流体,虽然可以提供良好的支撑,但电催化活性面积很低,需要以碳层再次构建介孔结构,增大三相反应界面的面积。

本综述旨在为研究人员提供构建高效率空气阴极的方法,为本领域的研究人员设计和构建出高性能、易于使用的金属-空气电池阴极材料提供参考。

    该项工作发表在Mater. Horiz. DOI: 10.1039/C7MH00358G


                            


    文章链接:http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2017/mh/c7mh00358g



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