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[转载][NCM综述]浙江工业大学曹澥宏教授:多维度碳基材料在高性能锌-空气电池中的先进设计策略

已有 1764 次阅读 2022-8-15 11:30 |个人分类:期刊|系统分类:科普集锦|文章来源:转载

锌-空气电池(ZABs)具有高安全性、高能量密度(1086 Wh kg−1)、高功率密度和低成本等优点,是当前新型储能设备的研究热点。然而,空气电极上的氧析出/氧还原反应(OER/ORR)动力学缓慢和锌电极上不可忽视的钝化和锌枝晶生长阻碍了锌-空气电池的大规模应用。

近年来,具有低成本、良好导电性和化学稳定性的碳基材料在锌-空气电池中得到了广泛的研究。碳基材料作为导电的多孔催化剂载体,可暴露大量的催化活性位点并提供快速的电子转移;在锌电极上利用碳基材料高比表面积的优势进行表面修饰可有效抑制锌的钝化反应并引导锌均匀沉积;同时,合理设计的碳基材料可作为高传质效率和机械强度的电池隔膜,提供电解质的离子传输通道并避免在外部压力下出现电池短路。

此外,不同维度的碳基材料在提高锌-空气电池性能方面具有独特的优势。例如,一维碳基材料的高长径比可提供电子快速轴向传导通道,加速电子传输速率;二维碳基材料的超薄厚度、较大的横向尺寸和独特的层状结构可以提供丰富的高催化活性位点或锌的成核位点;三维碳基材料具有连续、可调的多孔结构,在催化过程中易于实现反应物/产物的快速扩散,有效提高锌-空气电池的功率密度和循环稳定性能。

近日,浙江工业大学曹澥宏课题组在《新型炭材料(中英文)》(New Carbon Materials)上发表综述“Advanced design strategies for multi-dimensional structured carbon materials for high-performance Zn-air batteries”,系统综述了近年来多维碳基材料在锌-空气电池主要部件中的研究进展。作者首先讨论了锌-空气电池的基本原理及碳基材料应用于锌-空气电池中的特点与优势;进一步综述了多维度碳基材料(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,着重讨论多维度碳基材料对电池性能的提升机理。最后,提出了当前碳基材料应用于锌-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。


期刊官网:http://xxtcl.sxicc.ac.cn

国际版主页:https://www.sciencedirect.com/journal/new-carbon-materials

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