多维度炭材料在高性能锌-空气电池中的先进设计策略

锌-空气电池(ZABs)具有高安全性、低成本、高比容量和环境友好等特点,已成为能源研究的热点之一。然而,空气正极上缓慢的氧析出/氧还原反应(OER/ORR)和锌负极上不可忽视的锌枝晶生长问题严重阻碍了锌-空气电池的大规模应用。在过去的几年里,具有低成本、良好导电性、高化学稳定性和OER/ORR双功能催化活性的炭材料已被广泛研究。本文首先介绍了锌-空气电池的基本原理及炭材料应用于锌-空气电池中的特点与优势。进一步综述了多维度炭材料(一维、二维、三维)在空气电极、锌负极和隔膜等电池主体中的研究进展,着重讨论多维度炭材料对电池性能的提升机理。最后,提出了当前炭材料应用于锌-空气电池面临的挑战,并对未来的研究重点与发展方向进行了展望。

泡沫状二维复合材料的合成及超级电容器性能

利用蔗糖和乙醇作为碳源,以氯化镍高温还原形成的镍颗粒作为模板,制备了泡沫状石墨烯多孔材料。继而以其作为载体,通过浸渍和高温热解法制备了泡沫状Mo S2/石墨烯二维复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、X射线衍射(XRD)等技术手段研究了复合材料的形貌、组成和结构。循环伏安、恒流充放电和循环寿命测试均表明,该材料具有良好的超级电容器性能,质量比电容达203.5 F/g,面积比电容达280 m F/cm2,5000次恒流充放电循环后的电容保持率约80%。

分级结构二维复合材料的构筑及其在能源转换与存储中的应用

二维材料因其具有巨大的比表面积、丰富的活性位点及较短的离子扩散途径,被认为是最具潜力的电化学活性材料之一,受到研究者的广泛关注。然而,由于高表面能和大层间范德华力的作用,二维材料易发生堆叠,从而导致性能下降,严重影响其进一步应用。在保留二维材料物化特性的基础上,构筑分级结构二维复合材料是解决二维材料堆叠问题的最有效的方法之一。分级结构二维复合材料不仅保留复合材料中各组分的本征特性,而且能够发挥各组分之间的协同作用,增大比表面积,暴露更多活性位点,赋予复合材料优异的性能。总结了近年来分级结构二维复合材料的研究进展,分别介绍了液相模板法、化学气相沉积法和非模板法3种可控制备方法,重点讨论了分级结构二维复合材料在电化学储能与转化领域的应用,在此基础上,分析了该研究领域当前仍存在的问题,并对其未来的发展方向做出了展望。