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正極材料開(kāi)發(fā)全固態(tài)鋅—空氣電池器件 電池整體性能達(dá)先進(jìn)水平
發(fā)布日期： 2022-04-19 15:11:47 來(lái)源： 中國(guó)科學(xué)報(bào)

近日，海南大學(xué)教授鄧意達(dá)、鄭學(xué)榮團(tuán)隊(duì)在氧電催化方面取得了重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以《自發(fā)硫化策略調(diào)制鎳鈷—(氧)羥基硫化物局部電子結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)氧電催化》為題，發(fā)表在《先進(jìn)能源材料》上。

金屬—空氣電池由于具有高理論能量密度、高安全性和低成本等優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注。析氧反應(yīng)(OER)是其空氣電極關(guān)鍵的核心電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。然而，催化劑緩慢的OER動(dòng)力學(xué)阻礙了這些清潔能源系統(tǒng)的應(yīng)用推廣進(jìn)程。為了避免過(guò)渡依賴高成本、低儲(chǔ)量的傳統(tǒng)貴金屬 (Ir和Ru基) 催化劑，開(kāi)發(fā)低成本、高豐度的過(guò)渡金屬 (TM) 基化合物 (TMCs) 已經(jīng)成為OER催化劑領(lǐng)域發(fā)展的重要方向。

針對(duì)上述關(guān)鍵問(wèn)題，鄧意達(dá)、鄭學(xué)榮團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)分析了過(guò)渡金屬硫化物在氧析出過(guò)程中的結(jié)構(gòu)演變規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了表面重構(gòu)后的微量硫?qū)μ嵘牧想娀瘜W(xué)活性具有重要作用;提出并發(fā)展了一種超快自發(fā)硫化技術(shù)，在羥基氧化物中直接構(gòu)筑具有豐富高價(jià)態(tài)金屬位點(diǎn)的羥基氧硫化物新型正極材料，其中硫的進(jìn)入可以鎖定高價(jià)態(tài)金屬位點(diǎn)在材料結(jié)構(gòu)中穩(wěn)定存在，并有效調(diào)制近鄰原子的電子結(jié)構(gòu)。

研究團(tuán)隊(duì)將實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算相結(jié)合，闡明了正極材料中鎳鈷雙金屬同步活化工作機(jī)制和穩(wěn)定的高價(jià)態(tài)Ni/Co—S價(jià)鍵結(jié)構(gòu)是提升材料氧析出活性和穩(wěn)定性的根本原因，為構(gòu)筑高活性、高穩(wěn)定性過(guò)渡金屬氧硫化物電極材料提供了一種新思路。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用該正極材料體系開(kāi)發(fā)了全固態(tài)鋅—空氣電池器件，電池的功率密度達(dá)到110mWcm-2，放電比容量達(dá)到721mAhg-1，并且在反復(fù)彎折循環(huán)400次后仍然保持高功率穩(wěn)定輸出，電池整體性能達(dá)到目前該領(lǐng)域的先進(jìn)水平。(作者：溫才妃)

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