​昆明理工大学、中科院金属研究所–基于三维互联石墨烯网络的高性能氧电极，用于可充电锌-空电池

尽管锌空电池（ZABs）被认为是最有前景的储能设备之一，但其实际应用一直受到氧电极性能不佳的限制。在此，研究者开发了一种基于多功能三维互联石墨烯网络制造的独立式氧电极。具体来说，通过在镍泡沫上催化生长石墨烯泡沫，然后在石墨烯泡沫的孔隙中填充还原氧化石墨烯，制备出具有快速质量和电子传输能力的三维互连石墨烯网络。因此，所获得的氧电极在 1136 次循环后，氧反应的超小电催化过电位为 0.603 V，峰值功率密度高达 220.2 mW cm^-2，在 10 mA cm^-2 的条件下，充放电电压间隙小且稳定，为 0.70 V。此外，原位拉曼光谱和理论计算证实，铁镍氢氧化物在氧进化反应中发生了从α-Ni(OH)_x到β-Ni(OH)_x再到γ-Ni^(3+δ)+OOH的相变，Ni是活性中心，而Fe增强了Ni活性位点的活性。

Fig 1. (A) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的制备过程示意图。(B) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的扫描电子显微镜（SEM）和（C 和 D）透射电子显微镜（TEM）图像。(E）根据（D）中的 TEM 图像得出的快速傅立叶变换（FFT）图案。(F) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的 TEM 图像和相应的能量色散 X 射线光谱（EDS）元素图谱。

Fig 2. X 射线光电子能谱 (XPS) (A) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的 Fe 2p 和 (B) Ni 2p 光谱。(C) NF@GF/rGO-FePc||FeNi、FeO、FePc、Fe2O3 和 Fe 箔的归一化 Fe K 边 X 射线吸收近边结构光谱（XANES）。 (D) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 和参考样品的 k2 加权傅立叶变换扩展 X 射线吸收精细结构（EXAFS）光谱。(E) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的傅立叶变换 EXAFS 拟合曲线。(F) Fe 箔、Fe²O³、FePc 和 NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的小波变换 (WT) 等值线图。

Fig 3. (A) Pt/C 和 NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的氧还原反应（ORR）极化曲线和 (B) 电子转移数和过氧化物产率。(C) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 第 5000 次电位循环前后的 ORR 极化曲线。(D) Ir/C 和 NF@GF/rGO-FePc||FeNi 的氧进化反应（OER）极化曲线。(E) NF@GF/rGO-FePc||FeNi 在第 5000 次电位循环前后的氧进化反应极化曲线。(F) NF@GF/rGO-FePc||FeNi、NF@GF/rGO-FePc、NF@GF/rGO-FeNi、NF@GF 和 Pt/C + Ir/C 的氧电催化性能。(G) NF@GF/rGO-FePc||FeNi、(H) NF@GF/rGO-FePc||Ni 和 (I) NF@GF/rGO-FePc||Fe 的 OER 原位拉曼光谱。

Fig 4. 液态锌-空电池（ZABs）：（A）功率密度曲线；（B）10 mA cm^-2 放电曲线；（C）不同电流密度下的放电曲线；（D-G）电静态充放电循环曲线；（H）电池性能比较，包括 10 mA cm^-2 下的电静态充放电循环时间和电压差。

Fig 5. 固态锌空电池（ZABs）：（A）结构示意图；（B）功率密度曲线；（C）不同电流密度下的放电曲线；（D）不同弯曲条件下记录的开路电压曲线；（E）电静态充放电循环曲线；（F）四个 ZABs 为手机充电；（G）三个 ZABs 为小型电风扇工作供电。

相关研究工作由昆明理工大学Jin-Cheng Li课题组联合中科院金属研究所Ju Rong/Chang Liu课题组于2024年共同发表在《SusMat》期刊上，Three-dimensional interconnected graphene network-based high-performance air electrode for rechargeable zinc‒air batteries，原文链接：https://doi.org/10.1002/sus2.201