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結(jié)構(gòu)和缺陷雙策略設(shè)計多層納米球用于低溫鋅空氣電池 – 材料牛

【背景介紹】

結(jié)構(gòu)和缺陷雙策略設(shè)計多層納米球用于低溫鋅空氣電池 – 材料牛

柔性電子的結(jié)構(gòu)蓬勃發(fā)展推動了可穿戴柔性儲能設(shè)備研究的熱潮。作為一種先進的和缺儲能技術(shù),鋅空氣電池系統(tǒng)具有成本低、陷雙安全性好、策略材料耐低溫、設(shè)計理論功率密度和能量密度高等優(yōu)點。多層電池此外,納米牛由于具有清潔無污染、球用安全性強、于低發(fā)電過程外泄信號低、溫鋅發(fā)熱少、空氣易制成可穿戴器件等優(yōu)點,結(jié)構(gòu)鋅空氣電池必將在現(xiàn)代信息化設(shè)備特別是和缺電動汽車產(chǎn)業(yè)建設(shè)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。近年來,陷雙發(fā)展耐低溫、策略材料輕便可穿戴、功率密度高的鋅空氣電池系統(tǒng)是現(xiàn)階段研究的重點。然而,發(fā)生在空氣正極的析氧反應(yīng)(OER)和氧還原反應(yīng)(ORR)涉及多步電子轉(zhuǎn)移過程且反應(yīng)動力學(xué)緩慢,極大地限制了鋅空氣電池的功率密度和能量的轉(zhuǎn)換效率。尤其是在極端工作條件下,催化反應(yīng)的反應(yīng)動力學(xué)進一步被降低。為促進鋅空氣電池在極端且惡劣條件下的應(yīng)用,探索高效且穩(wěn)定的OER和ORR雙功能電催化劑至關(guān)重要,但目前仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)性。因此,設(shè)計研發(fā)適用于極端低溫條件下、催化性能優(yōu)良且成本低的電催化劑,建立微觀/電子結(jié)構(gòu)調(diào)控和反應(yīng)機理模型,揭示組分-結(jié)構(gòu)-性能之間的構(gòu)效關(guān)系,以此為基礎(chǔ)開發(fā)高性能的低溫鋅空氣電池具有極大的科學(xué)意義和技術(shù)實踐意義。

【成果簡介】

近日,暨南大學(xué)王子龍副教授針對鋅空氣電池在低溫條件下循環(huán)壽命短、倍率性能差、低成本催化材料研發(fā)所面臨的瓶頸,對雙功能電催化劑的微納結(jié)構(gòu)和內(nèi)部電子結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)節(jié)等基礎(chǔ)科學(xué)問題展開研究。通過簡單的熱誘導(dǎo)質(zhì)量重構(gòu)策略來構(gòu)筑多層氧化物納米球,優(yōu)化催化劑的OH-和O2的傳輸和擴散效率。此外,通過有限元分析、原位測試分析技術(shù)和理論計算等手段揭示陰離子摻雜和微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控對局域配位環(huán)境和反應(yīng)動力學(xué)的影響。以此為基礎(chǔ),探索電子結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)的雙調(diào)控策略對低溫條件下電池電化學(xué)性能的影響,解決了鋅空氣電池在低溫條件反應(yīng)動力學(xué)緩慢和電化學(xué)性能差的瓶頸問題。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1.有限元模擬分析多層球的層數(shù)對OH-向O2轉(zhuǎn)化傳質(zhì)的影響。

圖2.?氧化鈷多層空心球的合成及結(jié)構(gòu)表征。

圖3.陰離子P摻雜對內(nèi)部電子結(jié)構(gòu)的影響探究。

圖4.低溫鋅空氣電池性能研究。

論文地址

https://doi.org/10.1007/s12274-023-6331-5

【作者簡介】

第一作者:雷航,三峽大學(xué)校聘副教授,博士畢業(yè)于暨南大學(xué),南洋理工大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士。研究方向包括柔性可穿戴電池/二次離子電池/金屬空氣電池的關(guān)鍵電極材料設(shè)計,以及電催化劑在電解水制氫方面的應(yīng)用。側(cè)重于納米材料微觀結(jié)構(gòu)/電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控,原位監(jiān)測技術(shù)開發(fā),質(zhì)量/電子傳輸,中間產(chǎn)物吸附/脫附等性質(zhì)的優(yōu)化。目前發(fā)表論文30余篇,論文發(fā)表在Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Nano Energy、InfoMat、 Journal of Energy Chemistry等高水平期刊上,其中包括四篇高被引論文(ESI1%),一篇封面論文,論文被引1600余次.

通訊作者:王子龍,暨南大學(xué)理工學(xué)院副教授,碩士生導(dǎo)師,入選廣東省級人才計劃,主要研究方向為鋅離子電池、電催化材料。以通訊作者/第一作者在眾多高水平期刊發(fā)表論文30余篇,主持國家、省部級項目4項。

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