构建银纳米颗粒修饰的四氧化三钴电极用于高性能复合锌电池

复合锌电池将过渡金属氧化物和氧气的氧化还原反应整合到一个电池中,可以同时实现高能量效率和高能量密度,是一种极具发展前景的电化学系统.然而,正极通常面临活性物质容量利用率低以及氧还原和析出反应活性差的问题.通过构建一种新型具有银纳米粒子修饰的四氧化三钴电极,得益于银纳米颗粒与四氧化三钴纳米线之间的协同作用,导电性得到了改善,形貌得到了有效的优化.使用该电极,复合锌电池可实现在1.85至1.75、1.6、1.55和1.3 V的电压范围内五级平稳放电,在1 mA·cm-2时具有18%的高活性材料利用率和0.69 V的低电压差;而且,可以稳定运行500个充放电循环,在10 mA·cm-2时电压差仅增加0.03 V.这为超高性能复合锌电池提供了一种兼具高活性材料利用率和高氧电催化活性的新型电极.

锌电池中钴基正极材料的应用现状与挑战

受益于丰富的矿产资源、超高的理论容量和卓越的安全性,水系锌电池成为下一代储能设备的有力竞争者。作为锌电池理想的正极材料候选者,近年来钴基电极材料因其高输出电压、高理论容量和优异的氧化还原能力(Co^(2+)←→Co^(3+)←→Co^(4+))而受到越来越多的关注。虽然研究者对应用于锌空气电池的钴基催化剂进行了文献综述,但是主要集中在单一催化方向,缺乏关于钴基电极材料多功能特性的系统总结。本文介绍了钴基正极材料在锌电池中的多功能特性,结合其氧化还原和氧催化两方面能力,从锌钴电池拓展到复合锌钴电池体系。然后,从两种电池体系中的充放电机理出发,详细介绍了当前锌钴电池中钴基材料的优化策略,以及复合锌钴电池中电极/电解液三相界面的设计方案。最后,本文介绍了当前研究的不足,并对未来研究方向进行了展望。