电纺纤维在锌-空气电池中的应用研究进展

日益严重的环境污染与能源危机成为人类社会可持续发展进程中的最大阻碍。锌-空气电池作为一类很有发展潜力的电化学储能装置,因其高能量密度和环境友好等特点在能源领域引发了广泛关注,然而空气电极中的氧还原反应和析氧反应动力学缓慢,严重限制了它的商业化应用,因此当前迫切需要开发高效廉价的非贵金属双功能催化剂。静电纺丝制备的一维纳米纤维具有高孔隙率和大比表面积等优点,缩短了离子扩散距离并提供了更多的反应活性位点,有效改善了活性物质的嵌入/脱出反应动力学,在储能器件领域尤其是锌-空气电池中有广阔的应用前景。首先简要介绍了静电纺丝技术,然后探讨了电纺纤维及其自支撑结构的氧还原/析氧反应的催化反应活性,并通过经典的文献案例讨论了电纺纤维在液态和柔性固态锌-空气电池中的应用研究最新进展,最后,对基于电纺纤维催化剂的锌-空气电池应用面临的挑战和未来的发展方向进行了展望。

多维分层CoS_(2)@MXene作为三功能电催化剂应用于锌-空气电池和水分解

设计高效的非贵金属催化剂对于电催化能量转化过程,比如ORR,OER和HER至关重要.多功能的催化剂需要复杂且耗时的材料设计,本文通过简单水热生长和硫化结合的策略构建了MXene基底结合CoS_(2)活性位点的高效催化界面.由一维CoS_(2)纳米线和二维MXene纳米片组成的多维CoS_(2)@MXene电催化剂,具有分层结构(大的比表面积和丰富的活性位点),优化的空间电子结构(高本征活性)和高结合强度(优异的稳定性).因此,在ORR,OER和HER催化过程中都展示了优异的电催化活性,ORR的半波电位是0.80 V,OER和HER达到10 mA cm^(-2)的过电位分别为270和175 mV.对于电化学水分解,CoS_(2)@MXene需要1.63 V就能达到10 mA cm^(-2).以CoS_(2)@MXene为空气电极组装的固态锌空气电池也展示了低充放电电压差(在1 mA cm^(-2)为0.53 V)和高稳定性(能循环60圈,20 h),且两节串联的固态锌空气电池即可驱动水分解.因此,这项工作为多功能催化剂的设计和应用提供了新思路.