自支撑FexM4-xN-NC(M=Co,Ni/X=0,1,2,3,4)多孔纳米复合材料的可控构筑及锌-空电池性能研究

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锌空气电池(ZABs)具有高的理论能量密度和安全性,在新能源汽车、穿戴式电子设备等方面有十分可观的应用前景。ZABs放电时发生氧还原反应(ORR)释放电能,充电时发生氧析出反应(OER)存储电能。双金属氮化物(TMNs)在氧催化反应中表现出了优异的性能,能够有效提升OER催化活性、增加催化剂稳定性和降低催化剂成本。此外,具有多孔三维骨架结构的碳纳米纤维能够有效防止活性位点发生自聚集,同时它优异的导电性能够进一步提升催化剂的活性。本论文通过设计两种金属的氮化物(Fe4Co4-xN、Fe4Ni4-xN;X=0,1,2,3,4)来作为OER的催化活性中心,将其嵌入具有三维网状结构的碳纳米纤维中,制备成为自支撑OER催化剂。首先,探究不同掺杂比例和前驱体烧结温度对电催化性能以及电池的影响。结果表明,n Fe:n Co=1:1时,Fe1Co1N-NC具有低的起始电位(Eonset=230 m V)和过电势(E-2j=10 m A cm=300 m V)。n Ni:n Fe=1:1时,Fe1Ni1N-NC的起始电位(Eonset=270 m V)和过电势(E-2j=10 m A cm=290 m V)更加优异,它们的性能均优于商业Ru O2。为了探究不同催化剂对液态ZABs(LZABs)和柔性ZABs(FZABs)性能的影响,我们将OER性能最好的两种催化剂分别组装为液态LZABs和柔性LZABs进行测试,Fe1Ni1N-NC和Fe1Co1N-NC都表现出了比商业催化剂更加优异的充放电性能以及功率密度,为LZABs和FZABs的商业化应用提供了理论依据和技术支持。
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