DOI: 10.1039/x0xx00000x
活性组分的空心结构是改善氧电极催化剂动力学的最有效策略之一,这得益于大大提高的活性表面积、增强的可接近活性位点和暴露表面所需缺陷的形成。活性空心纳米结构与功能化的碳纳米纤维的整合可增强电化学性能和机械柔韧性,这对于全固态锌-空气电池(FASS ZABs)尤为重要。在本工作中,研究者证明了普鲁士蓝类似物的静电纺丝可以产生空心FeCo合金纳米粒子,组装在氮掺杂的碳纳米纤维(h-FeCo合金/N-CNFs)中。由此得到的h-FeCo合金/N-CNFs具有优异的析氧反应(OER)和氧还原反应(ORR)双功能活性,在锌空气电池中具有优异的性能。当集成到可充电的FASS ZAB中时,在弯曲条件下,它们可以提供1.335 V的高开路电压和1.1 V至2.0 V左右的稳定放电-充电平台,以及63.5%的大电压效率。
图1.(a)h-FeCo合金/N-CNFs的高倍SEM图像(插图:低倍SEM图像)。(b)h-FeCo合金/N-CNFs的STEM图像。(c)典型的中空FeCo合金颗粒[(b)黄色框内的颗粒]的STEM图像。(d,e)分别来自Fe L2,3、Co L2,3、C K和N K边缘的EELS光谱图像和HAADF STEM图像。
图2.h-FeCo合金/N-CNFs和s-FeCo合金/N-CNFs的XRD图谱、高分辨率XPS光谱和BET信息。(a)XRD,(b)Fe 2p,(c)Co 2p。
图3.h-FeCo合金/N-CNFs、s-FeCo合金/N-CNFs、FeNP/N-CNFs、Pt/C和Ir/C电催化剂的电化学特性。(a)在1600rpm的转速下析氧极化曲线的比较。(b)在1600rpm转速下氧气还原极化曲线的比较。(c)比较不同催化剂的特征电位。(d)在-0.1V电位下相对于Ag/AgCl的时间依赖性电流保持曲线。
图4.水性和柔性固态可充电锌-空气电池的电化学性能。(a)由h-FeCo合金/NCNFs和Pt/C-Ir/C作为空气阴极制成的水性锌-空气可充电电池的循环稳定性。(b)固态和扁平态锌-空气电池的充放电极化曲线。(c)在平坦和弯曲条件下的功率-电流密度曲线。(d)用伏安计以不同的弯曲角度(0°,90°)测得的具有相同电压的组装固态锌-空气电池组的数字图像。(e)使用h-FeCo合金/N-CNFs和Pt/C-Ir/C空气阴极进行10分钟放电然后以1 mA/cm2的密度充电10分钟后的固态锌-空气电池的循环稳定性比较。(f)由两个基于h-FeCo合金/N-CNFs的锌-空气电池供电的红色LED的数字图像。