锌空气电池非贵金属双功能阴极催化剂研究进展
发布时间：2021-09-03 23:47
锌空气电池是一种特殊的燃料电池,以空气中的氧气作为阴极反应活性物质,具有理论能量密度高、安全便携以及绿色无污染等优点,是柔性可穿戴光电子产品的理想供电电源之一。电化学氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）对于锌空气电池的性能起着至关重要的作用。目前,在碱性介质中贵金属Pt具有最高的ORR催化活性,Ir和Ru及其氧化物具有优异的OER催化活性,然而单一贵金属催化剂的高成本、稀缺性和无双功能催化活性严重制约了其商业化应用,因此开发与贵金属催化剂催化性能相当的非贵金属双功能催化剂显得尤为重要。本文结合近几年国内外锌空气电池非贵金属阴极催化剂的研究成果,对非金属杂原子掺杂碳材料、过渡金属基复合材料、过渡金属化合物和金属有机框架及其衍生物作为阴极催化剂的研究进行详细综述,着重介绍了不同材料的制备方法和锌空气电池性能提高的影响机理,认为对非贵金属双功能阴极催化剂的尺寸、形貌和结构进行合理调控可以改善锌空气电池的性能,有望替代贵金属催化剂。最后对目前锌空气电池非贵金属阴极催化剂发展中存在的问题进行总结,未来应从深入研究电化学反应机理、开发本征催化活性高的复合催化剂和改善空气电极结构三个方向进行,...
【文章来源】：储能科学与技术. 2020,9(05)CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
LSV曲线图；(b)放电电压和相应的功率密度与电（b）
植嫉亩嗫捉峁挂栽銮炕??材料本征催化活性，并在基底材料上形成原子分散均匀的活性位点，是提高催化剂催化活性的重要途径[17]。Li等[18]采用新型多功能无机混合盐模板合成了厚度为4.63nm的FeCo双金属和N、S共掺杂多孔碳纳米片(Fe/Co-N/S-Cs)。该催化剂显示ORR高（a）（b）图2(a)LSV曲线图；(b)放电电压和相应的功率密度与电流密度的关系曲线Fig.2(a)LSVgraph;(b)relationshipbetweendischargevoltageandcorrespondingpowerdensityandcurrentdensity（a）（b）图1(a)N含量分布图；(b)能量密度图Fig.1(a)Ncontentdistributionchart;(b)energydensitymap1491
0mA/cm2下呈现1.49V的起始电位。由于合金纳米粒子与碳壳的协同作用，该催化剂对OER和ORR具有良好的双功能催化活性。增加催化剂的化学复杂性，是调整催化剂活性的重要途径。在单一固溶相中含有五种或五种以上金属的合金通常被称为高熵合金(HEAs)，它们表现出不同寻常的稳定性和耐腐蚀性，同时也提供了一个调节合金表面电子性质和催化活性的平台，HEAs在催化和能量储存/转化方面有着巨大的应用前景[20]。Qiu等[21]利用脱合金法制备了纳米多孔高熵合金(np-HEAs)电催化剂[图3(a)]，其中以np-AlNiCoFeX(X=Mo，Nb，Cr)五元体系的OER催化活性最高[图3(b)]。分析表明，在一个单相纳米结构中加入五种或多种过渡金属元素具有协同作用，克服了常规二元或三元合金的限制，五元体系的形成大大提高了电化学循环的稳定性，同时也为提高催化性能提供了更多的结构和化学自由度。3过渡金属化合物3.1过渡金属氧化物过渡金属作为双功能催化剂的研究与开发已经有了很大的进展，然而由于金属氧化物纳米颗粒的低导电性和团聚性限制了其催化活性。研究发现，通过构建纳米结构、与碳材料复合或掺杂异质原子等方法，可以改善过渡金属氧化物比表面积孝导电性差和活性位点不足等问题[22]。Cheng等[23]通过水热法在氮掺杂的碳材料(N-KC)上负载Co3O4纳米颗粒，测试显示半波电位为0.82V，在0.1mol/LKOH溶液中的极限电流密度为5.70mA/cm2。由于Co3O4与N-KC的强耦合效应和氮元素掺杂的协同作用，所得到的Co3O4/N-KC纳米复合材料具有显著的催化活性。Li等[24]以ZnO纳米线为模板制备了Fe3O4
本文编号：3382113
【文章来源】：储能科学与技术. 2020,9(05)CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
LSV曲线图；(b)放电电压和相应的功率密度与电（b）
植嫉亩嗫捉峁挂栽銮炕??材料本征催化活性，并在基底材料上形成原子分散均匀的活性位点，是提高催化剂催化活性的重要途径[17]。Li等[18]采用新型多功能无机混合盐模板合成了厚度为4.63nm的FeCo双金属和N、S共掺杂多孔碳纳米片(Fe/Co-N/S-Cs)。该催化剂显示ORR高（a）（b）图2(a)LSV曲线图；(b)放电电压和相应的功率密度与电流密度的关系曲线Fig.2(a)LSVgraph;(b)relationshipbetweendischargevoltageandcorrespondingpowerdensityandcurrentdensity（a）（b）图1(a)N含量分布图；(b)能量密度图Fig.1(a)Ncontentdistributionchart;(b)energydensitymap1491
0mA/cm2下呈现1.49V的起始电位。由于合金纳米粒子与碳壳的协同作用，该催化剂对OER和ORR具有良好的双功能催化活性。增加催化剂的化学复杂性，是调整催化剂活性的重要途径。在单一固溶相中含有五种或五种以上金属的合金通常被称为高熵合金(HEAs)，它们表现出不同寻常的稳定性和耐腐蚀性，同时也提供了一个调节合金表面电子性质和催化活性的平台，HEAs在催化和能量储存/转化方面有着巨大的应用前景[20]。Qiu等[21]利用脱合金法制备了纳米多孔高熵合金(np-HEAs)电催化剂[图3(a)]，其中以np-AlNiCoFeX(X=Mo，Nb，Cr)五元体系的OER催化活性最高[图3(b)]。分析表明，在一个单相纳米结构中加入五种或多种过渡金属元素具有协同作用，克服了常规二元或三元合金的限制，五元体系的形成大大提高了电化学循环的稳定性，同时也为提高催化性能提供了更多的结构和化学自由度。3过渡金属化合物3.1过渡金属氧化物过渡金属作为双功能催化剂的研究与开发已经有了很大的进展，然而由于金属氧化物纳米颗粒的低导电性和团聚性限制了其催化活性。研究发现，通过构建纳米结构、与碳材料复合或掺杂异质原子等方法，可以改善过渡金属氧化物比表面积孝导电性差和活性位点不足等问题[22]。Cheng等[23]通过水热法在氮掺杂的碳材料(N-KC)上负载Co3O4纳米颗粒，测试显示半波电位为0.82V，在0.1mol/LKOH溶液中的极限电流密度为5.70mA/cm2。由于Co3O4与N-KC的强耦合效应和氮元素掺杂的协同作用，所得到的Co3O4/N-KC纳米复合材料具有显著的催化活性。Li等[24]以ZnO纳米线为模板制备了Fe3O4
本文编号：3382113
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