可充放電鋅空氣電池具有價(jià)格低廉、安全性能好和能量密度高等優(yōu)勢(shì)，在便攜式交通工具和能量儲(chǔ)存器件應(yīng)用方面均具有較大的潛力。電池在充放電過程中，陰極將發(fā)生氧析出反應(yīng)(OER)和氧還原反應(yīng)(ORR)。ORR和OER動(dòng)力學(xué)過程非常緩慢，需要使用高效的雙功能氧催化劑來加速其反應(yīng)速率。碳基非貴金屬單原子催化劑是一類理想的ORR催化劑，但其OER性能有限；非貴金屬納米催化劑是一類高效的OER催化劑，但其ORR活性較差。單一組分催化劑不能滿足可充放電鋅空電池的要求，開發(fā)新型高效雙功能催化劑應(yīng)用于可充放電鋅空電池備受科研工作者的關(guān)注。
昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院磷化工團(tuán)隊(duì)李金成教授聯(lián)合中科院金屬所劉暢研究員和香港科技大學(xué)邵敏華教授等人提出了雙相碳催化劑的概念，將單原子催化劑和納米催化劑的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來，合成了CNT@SAC-Co/NCP雙功能氧催化劑。其中，CNT@SAC單原子相在放電過程中催化ORR，Co/NCP納米顆粒相在充電過程中加速OER，它們通過高導(dǎo)電性CNT相連，這種“既獨(dú)立又關(guān)聯(lián)”的結(jié)構(gòu)可以有效降低ORR單原子位點(diǎn)配位結(jié)構(gòu)在強(qiáng)氧化環(huán)境（OER過程）中破壞而導(dǎo)致性能的急劇衰減。基于此,以CNT@SAC-Co/NCP為雙功能氧催化劑，組裝的可充放電鋅空電池表現(xiàn)出優(yōu)異的輸出性能（功率達(dá)到172 mW cm-2；充放電電壓差為0.51 V@5 mA cm-2）和恒流充放電循環(huán)穩(wěn)定性能。
相關(guān)成果近日以“Dual-Phasic Carbon with Co Single Atoms and Nanoparticles as a Bifunctional Oxygen Electrocatalyst for Rechargeable Zn–Air Batteries”為題發(fā)表在材料科學(xué)領(lǐng)域國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Advanced Functional Materials上，昆明理工大學(xué)為論文第一完成單位。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202103360
