盡管鋅空電池（ZABs）被認為是最有前景的儲能設備之一，但其實際應用一直受到氧電極性能不佳的限制。在此，研究者開發了一種基于多功能三維互聯石墨烯網絡制造的獨立式氧電極。具體來說，通過在鎳泡沫上催化生長石墨烯泡沫，然后在石墨烯泡沫的孔隙中填充還原氧化石墨烯，制備出具有快速質量和電子傳輸能力的三維互連石墨烯網絡。因此，所獲得的氧電極在 1136 次循環后，氧反應的超小電催化過電位為 0.603 V，峰值功率密度高達 220.2 mW cm
-2，在 10 mA cm
-2 的條件下，充放電電壓間隙小且穩定，為 0.70 V。此外，原位拉曼光譜和理論計算證實，鐵鎳氫氧化物在氧進化反應中發生了從α-Ni(OH)
x到β-Ni(OH)
x再到γ-Ni
(3+δ)+OOH的相變，Ni是活性中心，而Fe增強了Ni活性位點的活性。
Fig 1. (A) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的制備過程示意圖。(B) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的掃描電子顯微鏡（SEM）和（C 和 D）透射電子顯微鏡（TEM）圖像。(E）根據（D）中的 TEM 圖像得出的快速傅立葉變換（FFT）圖案。(F) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的 TEM 圖像和相應的能量色散 X 射線光譜（EDS）元素圖譜。
Fig 2. X 射線光電子能譜 (XPS) (A) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的 Fe 2p 和 (B) Ni 2p 光譜。(C) NF@GF/rGO-FePc||FeNi、FeO、FePc、Fe2O3 和 Fe 箔的歸一化 Fe K 邊 X 射線吸收近邊結構光譜（XANES）。 (D) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 和參考樣品的 k2 加權傅立葉變換擴展 X 射線吸收精細結構（EXAFS）光譜。(E) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的傅立葉變換 EXAFS 擬合曲線。(F) Fe 箔、Fe
2O
3、FePc 和 NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的小波變換 (WT) 等值線圖。
Fig 3. (A) Pt/C 和 NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的氧還原反應（ORR）極化曲線和 (B) 電子轉移數和過氧化物產率。(C) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 第 5000 次電位循環前后的 ORR 極化曲線。(D) Ir/C 和 NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的氧進化反應（OER）極化曲線。(E) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 在第 5000 次電位循環前后的氧進化反應極化曲線。(F) NF@GF/rGO-FePc||FeNi、NF@GF/rGO-FePc、NF@GF/rGO-FeNi、NF@GF 和 Pt/C + Ir/C 的氧電催化性能。(G) NF@GF/rGO-FePc||FeNi、(H) NF@GF/rGO-FePc||Ni 和 (I) NF@GF/rGO-FePc||Fe 的 OER 原位拉曼光譜。
Fig 4. 液態鋅-空電池（ZABs）：（A）功率密度曲線；（B）10 mA cm
-2 放電曲線；（C）不同電流密度下的放電曲線；（D-G）電靜態充放電循環曲線；（H）電池性能比較，包括 10 mA cm
-2 下的電靜態充放電循環時間和電壓差。
Fig 5. 固態鋅空電池（ZABs）：（A）結構示意圖；（B）功率密度曲線；（C）不同電流密度下的放電曲線；（D）不同彎曲條件下記錄的開路電壓曲線；（E）電靜態充放電循環曲線；（F）四個 ZABs 為手機充電；（G）三個 ZABs 為小型電風扇工作供電。
相關研究工作由昆明理工大學Jin-Cheng Li課題組聯合中科院金屬研究所Ju Rong/Chang Liu課題組于2024年共同發表在《SusMat》期刊上，Three-dimensional interconnected graphene network-based high-performance air electrode for rechargeable zinc?air batteries，原文鏈接：https://doi.org/10.1002/sus2.201
轉自《石墨烯研究》公眾號
