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華科夏寶玉/齊鍇AFM: 靜電紡絲制備自支撐鈷/納米碳雜化膜，用于長(zhǎng)壽命鋅空氣電池

將高效氧電催化劑直接集成到空氣電極中對(duì)于鋅空氣電池（ZAB）實(shí)現(xiàn)更高的電化學(xué)性能至關(guān)重要。最近，靜電紡絲技術(shù)已被用于制備納米纖維，因此它將為直接制造用于ZAB和其他能源設(shè)備中集成空氣電極的膜組件提供極好的機(jī)會(huì)。

在此，華中科技大學(xué)夏寶玉教授、齊鍇副研究員等人通過靜電紡絲和簡(jiǎn)單的熱處理制備了一種與雙功能氧電催化劑集成的自支撐空氣電極。該膜電極（Co/CNWs/CNFs）由電紡碳納米纖維上的鈷納米顆粒修飾的N摻雜碳納米線組成。

碳基體中氮摻雜劑和分散的鈷物質(zhì)的配位產(chǎn)生豐富的Co-N-C位點(diǎn)來用于雙功能催化。此外，分層自支撐膜本身充當(dāng)機(jī)械襯底、活性成分和傳輸通道，這將暴露更多的活性位點(diǎn)并賦予增強(qiáng)的電化學(xué)耐久性。

圖1. Co/CNWs/CNFs的制備示意圖及表征

得益于上述協(xié)同優(yōu)勢(shì)，這種混合膜用作ZAB中的雙功能空氣電極時(shí)可實(shí)現(xiàn)304 mW cm^-2的高峰值功率密度和5 mA cm^-2下1500 h以上的出色循環(huán)穩(wěn)定性。

此外，這種自支撐式膜電極在固態(tài)ZAB中也表現(xiàn)出了出色的性能，開路電壓為1.55 V，功率密度為176 mW cm^-2，在1 mA cm^-2下穩(wěn)定循環(huán)超過40 h。這項(xiàng)工作為制造集成電極提供一個(gè)新概念，以實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換及其他方面的簡(jiǎn)便組裝和高性能。

圖2. 基于該膜電極的固態(tài)ZAB的電化學(xué)性能

Electrospinning Synthesis of Self-Standing Cobalt/Nanocarbon Hybrid Membrane for Long-Life Rechargeable Zinc-Air Batteries, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202105021

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