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加拿大國家科學(xué)研究所（INRS）Mohamed Mohamedi--先進鋅空氣電池與獨立式分級納米結(jié)構(gòu)的空氣陰極用于鋅空電池
       如今，通過在導(dǎo)電集電極表面直接生長非貴金屬電催化劑來開發(fā)獨立的(無粘結(jié)劑)空氣陰極將是降低界面電阻、提高機械穩(wěn)定性的前沿策略。并降低最終重量和制造成本。在本研究中，針對鋅空氣電池(ZABs)，我們提出了一種創(chuàng)新的無粘結(jié)劑、無貴金屬分層納米結(jié)構(gòu)雙功能空氣陰極，在這種空氣陰極中，高密度MnOx納米棒(NRs)直接生長在由微纖維碳紙(CP)襯底上合成的碳納米管(CNTs)上。所有碳/MnOx空氣陰極的比容量都非常接近820 mAh gzn-1的理論值。結(jié)果表明，在實際ZAB裝置中，這些陰極對氧還原/析氧反應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性和雙功能電催化活性。作為手持式電子應(yīng)用的概念驗證，以CP/MnOx NRs為空氣電極和鋅陽極板組裝的ZAB成功地運行了14天的計時器, 而兩個ZAB基碳納米管/MnOx陰極串聯(lián)為一個2V發(fā)光二極管(LED)燈泡和一個3V萬用表供電。所提出的策略和結(jié)果為ZABs、其他金屬空氣電池和燃料電池分層獨立式雙功能電催化劑的合理設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。
 
 
圖1 (a) 相應(yīng)樣品的XRD;(b)碳襯底上直接生長MnOx的拉曼光譜。
 
  圖2 SEM形貌分析：(a1-a3) CP/MnOx圖像;(b1-b3) Func CP/MnOx;(c1-c3)碳納米管/ MnOx;(d1-d3) Func CNTs-7/MnOx;和(e1-e3) Func CNTs-15/MnOx。
 
  圖3 XPS光譜分析：(a) XPS總譜;(b) Mn 2p，(c) Mn 2p3/2，(d) O 1s。
 
 
圖4。ORR性能:(a)靜態(tài)CV曲線在O2飽和0.1 M KOH電解液(實線)或N2飽和0.1 M KOH電解液(點線)中，掃描速率為5 mV s-1;(b)在5mv s-1掃描速率下，RRDE電極在1600rpm下的LSV曲線; (c)由(b)中的LSV曲線導(dǎo)出的n; (d)由(b)中LSV曲線得出的過氧化物率。OER性能:(e)電容修正伏安曲線和(f) Tafel曲線。
 
 
 
圖5 Zn空氣電池性能:(a)設(shè)計制作Zn空氣電池器件，(b)極化曲線，(c)功率密度曲線，(d)比容量，(e) 2mA cm-2時的恒流充放電性能。
 
 
圖6 電池循環(huán)試驗后陰極(a1-a3) CP/MnOx、(b1-b3) Func CP/MnOx、(c1-c3) CNTs/MnOx、(d1 -d3) Func CNTs-7/MnOx和(e1-e3) Func CNTs-15/MnOx的SEM圖像。
 
  
圖7。電池使用陰極循環(huán)后鋅陽極的橫截面SEM圖像如下:(a1-a3)新鮮鋅板，(b1-b3) CP/MnOx， (c1-c3) Func CP/MnOx， (d1-d3) CNTs/MnOx， (e1-e3) Func CNTs-7/MnOx， (f1-f3) Func CNTs-15/MnOx。
 
 
圖8 電池循環(huán)后鋅陽極的表征。(a) x射線衍射模式。(b)測量光譜、(c) Zn 2p光譜和(d) O 1s光譜的XPS光譜。
 
  圖9  (a)和(b)單ZAB和雙ZAB的OCVs，分別用萬能表測量(c)電壓作為由單電池ZAB供電的計時器的時間函數(shù)。(d, e)兩個ZAB供電的LED燈泡的照片。(f, g) 10 kΩ電阻，用萬用表測量，使用CNT/MnOx陰極串聯(lián)兩個ZABs。
 
        相關(guān)科研成果由加拿大國家科學(xué)研究所（INRS）Mohamed Mohamedi等人于2021年發(fā)表在ACS Appl. Mater. Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.1c22371)上。原文：Advanced Zinc−Air Batteries with Free-Standing Hierarchical Nanostructures of the Air Cathode for Portable Applications。

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