中科大《AM》:实现强大不变性的高功率密度锌空气燃料电池!

 定制案例     |      2022-07-21 01:13
本文摘要:中科大《AM》:实现强大不变性的高功率密度锌空气燃料电池! 金属空气燃料电池由于其高能量密度、生态友好和低成本而成为下一代储能系统必不行少的。可是,金属空气燃料电池的低功率密度和懦弱的不变性严重阻碍了它们的大范围应用。 出格是对于将来的智能电网来说,高效、不变的电源输出对于应急备用电源必不行少。这些缺点主要归因于空气电极上产生的缓慢的四电子氧还原反映(ORR)。

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中科大《AM》:实现强大不变性的高功率密度锌空气燃料电池! 金属空气燃料电池由于其高能量密度、生态友好和低成本而成为下一代储能系统必不行少的。可是,金属空气燃料电池的低功率密度和懦弱的不变性严重阻碍了它们的大范围应用。

出格是对于将来的智能电网来说,高效、不变的电源输出对于应急备用电源必不行少。这些缺点主要归因于空气电极上产生的缓慢的四电子氧还原反映(ORR)。只管已经投入了大量资金来制造高效和非贵金属电催化剂以改善其催化活性和不变性,在空气电极上实现不变有效的ORR仍然是一个挑战。具有高能量密度、生态友好和低成本的金属-空气燃料电池为将来的电力系统带来了显着的高宁静性。

然而,低功率密度和高电流密度不变性的迫在眉睫的挑战限制了它们的遍及应用。为此,来自中国科学技能大学的Tianpei Zhou等人在《Advanced Materials》上颁发题为“纳米孔电催化剂优化具有高不变性的超高功率密度锌-空气燃料电池的三重传输”的文章。

论文链接: https://doi.org/10.1002/adma.202003251 在这项研究中,突出了具有强大不变性的超高功率密度Zn-空气燃料电池。从受限纳米孔的耐水效应中受益,高活性钴簇电催化剂驻留在特定的纳米孔中,并具有不变的三相反映区,从而实现了电子传导、氧气扩散和离子迁移的协同优化,最终举行电催化。

成果显示,所成立的锌空气燃料电池在高电流密度放电(在100 mA cm-2下>90 h)下体现出最佳的不变性,并具有出众的功率密度(峰值功率密度:> 300 mW cm-2) ,比功率:500 Wgcat-1)与大大都报道的非贵金属电催化剂比拟。这些发明将为高级金属空气燃料电池系统的电催化剂的合理设计提供新的思路。

图1.纳米孔中的钴簇示意图 图2.电催化机能示意图 图3.锌空气燃料电池各项示意图 a)锌空气燃料电池及其空气电极的示意图。b)Co / PC和Co / CNT产物的比电导和静态水打仗角丈量。c)含Co / PC,Co / CNT和Pt / C的锌空气燃料电池的极化和功率密度曲线。

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c)含Co / PC,Co / CNT和Pt / C的锌空气燃料电池的极化和功率密度曲线。d)电流密度为0至150 mA cm-2的基于Co / PC的锌空气燃料电池的放电曲线。e)与以前的事情比拟,最大比功率和相应的放电电流密度。

f)在100 mA cm-2下基于Co / PC的燃料电池的持久放电曲线 图4.纳米孔毗连效应示意图。a)扩大的催化层的纳米孔布局示意图。

b)涌入各类纳米孔的水的毛细感化记载为时间的函数。c)从纳米孔扩散到水库的离子数量随时间变化,随纳米孔巨细的变化而变化。

d)归一化的渗透阻力(左纵坐标)和离子扩散率(右纵坐标)与纳米孔尺寸的关系。图5.局部布局阐发示意图 本文乐成展示了具有强大不变性的高功率密度Zn-空气燃料电池。受益于纳米孔毗连效应,特定纳米孔中的电催化剂形成了富厚的不变的气-固-液三相反映区,从而提高了传质能力,这充实操纵了活性位点和强大的不变性。

正如预期的那样,已建成的Zn-空气燃料电池在100 mA cm-2的高电流密度下具有300 mW cm-2以上的超高功率密度和90个小时以上的持久耐用性,这表白了它具有很强的贸易应用的成长前景。这项研究将大大加快高机能金属空气燃料电池的开辟。(文:SSC) 本文来自微信公家号“质料科学与工程”。

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