盡管鋅空電池（ZABs）被認(rèn)為是最有前景的儲能設(shè)備之一，但其實際應(yīng)用一直受到氧電極性能不佳的限制。在此，研究者開發(fā)了一種基于多功能三維互聯(lián)石墨烯網(wǎng)絡(luò)制造的獨立式氧電極。具體來說，通過在鎳泡沫上催化生長石墨烯泡沫，然后在石墨烯泡沫的孔隙中填充還原氧化石墨烯，制備出具有快速質(zhì)量和電子傳輸能力的三維互連石墨烯網(wǎng)絡(luò)。因此，所獲得的氧電極在 1136 次循環(huán)后，氧反應(yīng)的超小電催化過電位為 0.603 V，峰值功率密度高達(dá) 220.2 mW cm
-2，在 10 mA cm
-2 的條件下，充放電電壓間隙小且穩(wěn)定，為 0.70 V。此外，原位拉曼光譜和理論計算證實，鐵鎳氫氧化物在氧進(jìn)化反應(yīng)中發(fā)生了從α-Ni(OH)
x到β-Ni(OH)
x再到γ-Ni
(3+δ)+OOH的相變，Ni是活性中心，而Fe增強了Ni活性位點的活性。
Fig 1. (A) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的制備過程示意圖。(B) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的掃描電子顯微鏡（SEM）和（C 和 D）透射電子顯微鏡（TEM）圖像。(E）根據(jù)（D）中的 TEM 圖像得出的快速傅立葉變換（FFT）圖案。(F) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的 TEM 圖像和相應(yīng)的能量色散 X 射線光譜（EDS）元素圖譜。
Fig 2. X 射線光電子能譜 (XPS) (A) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的 Fe 2p 和 (B) Ni 2p 光譜。(C) NF@GF/rGO-FePc||FeNi、FeO、FePc、Fe2O3 和 Fe 箔的歸一化 Fe K 邊 X 射線吸收近邊結(jié)構(gòu)光譜（XANES）。 (D) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 和參考樣品的 k2 加權(quán)傅立葉變換擴(kuò)展 X 射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)（EXAFS）光譜。(E) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的傅立葉變換 EXAFS 擬合曲線。(F) Fe 箔、Fe
2O
3、FePc 和 NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的小波變換 (WT) 等值線圖。
Fig 3. (A) Pt/C 和 NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的氧還原反應(yīng)（ORR）極化曲線和 (B) 電子轉(zhuǎn)移數(shù)和過氧化物產(chǎn)率。(C) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 第 5000 次電位循環(huán)前后的 ORR 極化曲線。(D) Ir/C 和 NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的氧進(jìn)化反應(yīng)（OER）極化曲線。(E) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 在第 5000 次電位循環(huán)前后的氧進(jìn)化反應(yīng)極化曲線。(F) NF@GF/rGO-FePc||FeNi、NF@GF/rGO-FePc、NF@GF/rGO-FeNi、NF@GF 和 Pt/C + Ir/C 的氧電催化性能。(G) NF@GF/rGO-FePc||FeNi、(H) NF@GF/rGO-FePc||Ni 和 (I) NF@GF/rGO-FePc||Fe 的 OER 原位拉曼光譜。
Fig 4. 液態(tài)鋅-空電池（ZABs）：（A）功率密度曲線；（B）10 mA cm
-2 放電曲線；（C）不同電流密度下的放電曲線；（D-G）電靜態(tài)充放電循環(huán)曲線；（H）電池性能比較，包括 10 mA cm
-2 下的電靜態(tài)充放電循環(huán)時間和電壓差。
Fig 5. 固態(tài)鋅空電池（ZABs）：（A）結(jié)構(gòu)示意圖；（B）功率密度曲線；（C）不同電流密度下的放電曲線；（D）不同彎曲條件下記錄的開路電壓曲線；（E）電靜態(tài)充放電循環(huán)曲線；（F）四個 ZABs 為手機充電；（G）三個 ZABs 為小型電風(fēng)扇工作供電。
相關(guān)研究工作由昆明理工大學(xué)Jin-Cheng Li課題組聯(lián)合中科院金屬研究所Ju Rong/Chang Liu課題組于2024年共同發(fā)表在《SusMat》期刊上，Three-dimensional interconnected graphene network-based high-performance air electrode for rechargeable zinc?air batteries，原文鏈接：https://doi.org/10.1002/sus2.201
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
