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哈尔滨工业大学熊岳平Energy Technol.:NiCo共掺杂碳纳米纤维增强锌空气电池氧电催化作用的热工研究
2021/5/31 16:32:39 易丝帮

DOI: 10.1002/ente.202100069

静电纺丝法是一种制备包埋NiCo合金的碳纳米纤维的简便易行的方法,所制备的材料可用作锌空气电池的高效氧电催化剂。电纺织物的后续热解是形成碳纳米层原位涂覆NiCo合金的独特结构的关键过程。研究者通过受控热工程(退火温度)探索了合金和碳的结晶度对氧电催化活性的影响。随着温度的升高,纳米颗粒的结晶度和团聚度同时增加,碳纳米纤维的石墨化度也随之增加。在所有样品中,NiCo/CF-800表现出最佳的氧双功能催化活性(ΔE=0.73V)。基于NiCo/CF-800催化剂的锌空气电池具有高峰值功率密度(168.6mW/cm2),高比容量(802.6mAh/g)和出色的充电/放电循环稳定性。这项工作通过热工程学对催化剂进行了新的研究,促进了静电纺丝作为一种大规模生产方法的实际应用。

 

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图1.通过不同的热解温度建立的模型系统的示意图。

 

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图2.a)NiCo/CF-600,b)NiCo/CF-700,c)NiCo/CF-800,d)NiCo/CF-900的SEM图像。e)NiCo/CF-800的TEM图像,f)HR-TEM图像。

 

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图3.a)NiCo/CF-600、NiCo/CF-700、NiCo/CF-800和NiCo/CF-900的拉曼光谱,b)X射线衍射图,c)XPS光谱,d)元素原子百分比。

 

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图4.NiCo/CF-800中a)C1s,b)O1s,c)Co2p1/2,d)Ni2p1/2的高分辨率XPS光谱。

 

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图5.a)NiCo/CF-600、NiCo/CF-700、NiCo/CF-800、NiCo/CF-900和IrO2的OER极化曲线,b)Tafel图。c)扫描速率为10mV/s时催化剂的CV曲线。d)NiCo/CF-600、NiCo/CF-700、NiCo/CF-800、NiCo/CF-900和Pt/C的ORR极化曲线,e)Tafel图。f)在整个OER/ORR区域中,NiCo/CF-800、Pt/C和IrO2的LSV曲线。

 

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图6.a)可再充电锌空气电池的方案。b)充放电极化曲线,c)带有NiCo/CF-800和Pt/C+IrO2正极的锌空气电池的放电极化和功率密度曲线。d)在10mA/cm2和30mA/cm2下的比容量曲线。


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