EES：碳纤维膜中抗溶解Fe2N6位点实现无粘合剂长寿命锌-空气电池
学术
2024-10-16 09:02
北京
耐用高效的氧还原反应 (ORR) 电催化剂是可充电锌空气电池 (ZAB) 的核心。目前性能最好的 ORR 电催化剂是非贵金属中基于 FeN4的粉末材料，但它们在长期设备运行过程中仍会出现剥落和脱金属的情况。在此，南方科技大学Hsing-Lin Wang，上海交通大学Fuqiang Huang，澳门大学Shi Chen通过两步 NH3辅助碳化在碳纤维膜上构建了一种碳孔和吡啶-N 修饰的双原子 Fe 位点的防溶解结构 (Fe2N6-CMPCF) 作为无粘合剂正极。要点1. 实验和理论研究表明，与传统的无缺陷 FeN4 (0.94 eV) 相比，Fe2N6-CMPCF 中 Fe 溶解的能垒 (1.41 eV) 显著增加，这可以显著抑制长期电催化过程中 Fe 位点的脱金属。要点2. 因此，基于 Fe2N6-CMPCF 的阴极可使 ZAB 运行超过 200 天（创纪录的 14,500 次循环），峰值功率密度高达 261.4 mW cm-2。要点3. 此外，结构分析揭示了 Fe2N6-CMPCF 中 Fe 位点的抗溶解起源，这可归因于增强的轨道相互作用（Fe-N 和 Fe-Fe）和 Fe 和 N 原子之间的静电力。这项工作为设计抗溶解原子位点和无粘合剂阴极以实现可持续电子设备提供了一条有价值的途径。Zian Xu, et al, Anti-dissolving Fe2N6 Sites Based Carbon Fiber Membranes for Binder-free Zn-air Batteries with a 200-Day Lifespan, Energy Environ.Sci., 2024https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2024/EE/D4EE03148B原位XPS、原位XRD、原位Raman、原位FTIR
