鋅空氣電池是一種特殊的燃料電池,以空氣中的氧氣作為陰極反應(yīng)活性物質(zhì),具有理論能量密度高、安全便攜以及綠色無污染等優(yōu)點(diǎn),是柔性可穿戴光電子產(chǎn)品的理想供電電源之一。電化學(xué)氧還原反應(yīng)（ORR）和氧析出反應(yīng)（OER）對于鋅空氣電池的性能起著至關(guān)重要的作用。目前,在堿性介質(zhì)中貴金屬Pt具有最高的ORR催化活性,Ir和Ru及其氧化物具有優(yōu)異的OER催化活性,然而單一貴金屬催化劑的高成本、稀缺性和無雙功能催化活性嚴(yán)重制約了其商業(yè)化應(yīng)用,因此開發(fā)與貴金屬催化劑催化性能相當(dāng)?shù)姆琴F金屬雙功能催化劑顯得尤為重要。本文結(jié)合近幾年國內(nèi)外鋅空氣電池非貴金屬陰極催化劑的研究成果,對非金屬雜原子摻雜碳材料、過渡金屬基復(fù)合材料、過渡金屬化合物和金屬有機(jī)框架及其衍生物作為陰極催化劑的研究進(jìn)行詳細(xì)綜述,著重介紹了不同材料的制備方法和鋅空氣電池性能提高的影響機(jī)理,認(rèn)為對非貴金屬雙功能陰極催化劑的尺寸、形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理調(diào)控可以改善鋅空氣電池的性能,有望替代貴金屬催化劑。最后對目前鋅空氣電池非貴金屬陰極催化劑發(fā)展中存在的問題進(jìn)行總結(jié),未來應(yīng)從深入研究電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、開發(fā)本征催化活性高的復(fù)合催化劑和改善空氣電極結(jié)構(gòu)三個(gè)方向進(jìn)行,... 

【文章來源】：儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2020,9(05)CSCD

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【部分圖文】：

LSV曲線圖；(b)放電電壓和相應(yīng)的功率密度與電（b）

植嫉畝囁捉峁掛栽鑾炕??材料本征催化活性，并在基底材料上形成原子分散均勻的活性位點(diǎn)，是提高催化劑催化活性的重要途徑[17]。Li等[18]采用新型多功能無機(jī)混合鹽模板合成了厚度為4.63nm的FeCo雙金屬和N、S共摻雜多孔碳納米片(Fe/Co-N/S-Cs)。該催化劑顯示ORR高（a）（b）圖2(a)LSV曲線圖；(b)放電電壓和相應(yīng)的功率密度與電流密度的關(guān)系曲線Fig.2(a)LSVgraph;(b)relationshipbetweendischargevoltageandcorrespondingpowerdensityandcurrentdensity（a）（b）圖1(a)N含量分布圖；(b)能量密度圖Fig.1(a)Ncontentdistributionchart;(b)energydensitymap1491

0mA/cm2下呈現(xiàn)1.49V的起始電位。由于合金納米粒子與碳?xì)さ膮f(xié)同作用，該催化劑對OER和ORR具有良好的雙功能催化活性。增加催化劑的化學(xué)復(fù)雜性，是調(diào)整催化劑活性的重要途徑。在單一固溶相中含有五種或五種以上金屬的合金通常被稱為高熵合金(HEAs)，它們表現(xiàn)出不同尋常的穩(wěn)定性和耐腐蝕性，同時(shí)也提供了一個(gè)調(diào)節(jié)合金表面電子性質(zhì)和催化活性的平臺，HEAs在催化和能量儲(chǔ)存/轉(zhuǎn)化方面有著巨大的應(yīng)用前景[20]。Qiu等[21]利用脫合金法制備了納米多孔高熵合金(np-HEAs)電催化劑[圖3(a)]，其中以np-AlNiCoFeX(X=Mo，Nb，Cr)五元體系的OER催化活性最高[圖3(b)]。分析表明，在一個(gè)單相納米結(jié)構(gòu)中加入五種或多種過渡金屬元素具有協(xié)同作用，克服了常規(guī)二元或三元合金的限制，五元體系的形成大大提高了電化學(xué)循環(huán)的穩(wěn)定性，同時(shí)也為提高催化性能提供了更多的結(jié)構(gòu)和化學(xué)自由度。3過渡金屬化合物3.1過渡金屬氧化物過渡金屬作為雙功能催化劑的研究與開發(fā)已經(jīng)有了很大的進(jìn)展，然而由于金屬氧化物納米顆粒的低導(dǎo)電性和團(tuán)聚性限制了其催化活性。研究發(fā)現(xiàn)，通過構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)、與碳材料復(fù)合或摻雜異質(zhì)原子等方法，可以改善過渡金屬氧化物比表面積孝導(dǎo)電性差和活性位點(diǎn)不足等問題[22]。Cheng等[23]通過水熱法在氮摻雜的碳材料(N-KC)上負(fù)載Co3O4納米顆粒，測試顯示半波電位為0.82V，在0.1mol/LKOH溶液中的極限電流密度為5.70mA/cm2。由于Co3O4與N-KC的強(qiáng)耦合效應(yīng)和氮元素?fù)诫s的協(xié)同作用，所得到的Co3O4/N-KC納米復(fù)合材料具有顯著的催化活性。Li等[24]以ZnO納米線為模板制備了Fe3O4


本文編號：3382113