N掺杂碳包覆的Co3O4纳米片/碳布复合材料用于稳定的可充电Zn空气电池

多种非贵金属化合物已经被用作锌空气电池的正极材料. 钴基自支撑电极由于其制备低成本、高性能的优势而具有良好的应用前景, 但是构建高效的钴基自支撑电极仍面临很大的挑战. 

黑龙江大学付宏刚课题组采用电沉积及后续碳化的方法制备了一种在碳布上生长的氮掺杂碳包覆Co3O4纳米片三维复合材料(NC-Co3O4/CC). 文章近期发表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9359-7.

图1 NC-Co3O4/CC的制备

作为自支撑电极用作OER催化剂, 在电流密度为 10 mA/cm2 时过电势为210 mV, Tafel斜率为 79.6 mV/dec.  作为锌空气电池的正极材料时, 在 10 mA/cm2 的电流密度下其充放电电压差为 0.87 V,  即使大电流密度为 25 mA/cm2 时仍然具有良好的稳定性(93次循环后性能没有衰减), 远远超过了商业催化剂. 

NC-Co3O4/CC电极优异的性能主要归因于三维结构利于电解液离子的扩散, 同时不使用粘结剂也能够增强电极的导电性. 另外, 碳包覆不仅能够提高电子传导特性, 而且能提升电极的电化学稳定性. 氮掺杂可以调节碳的电子结构, 加速电子的传递. 

图2 NC-Co3O4/CC用作锌空气电池

本工作提供了一种简单有效的策略用于合成各种自支撑电极, 从而满足不同能量存储及转换器件对电极的需求.

来源：中国科学材料