全固态Mg-Air电池增强了自由站立的N-Doped3D纳米孔状石墨烯
Zeyu Xi1, Jiuhui Han2, Zeyu Jin3
1Institute of Applied Physics, Graduate School of Pure and Applied Sciences, University of Tsukuba, Tsukuba, 305-8573, Japan.
Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany)
|October 12, 2023
概括
添加的3D多孔石墨烯增强了空气电池. 这种先进的正极材料为电气设备提供了高性能和耐用性,性能优于传统的白金催化剂.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 储能 储能 储能 储能 储能 储能
背景情况:
- 石墨烯在储能方面的潜力受到兴奋剂和结构性挑战的限制.
- 优化 (N) 和3D多孔结构是基于石墨烯的金属空气电池的关键.
- 有效的质量/离子扩散和氧减少反应 (ORR) 对电池性能至关重要.
研究的目的:
- 开发和评估N-doped 3D多孔石墨烯作为初级空气 (Mg-air) 电池的空气阴极.
- 调查N-doping和3D多孔架构对ORR活动和电池性能的影响.
- 为了比较使用新型石墨烯阴极的水性和全固态Mg-空气电池的性能.
主要方法:
- 合成具有3D多孔结构的N-doped石墨烯 (50-150nm孔径,~99%的孔径).
- 使用N-化石墨烯作为空气阴极组装水类型和全固态初级Mg-空气电池.
- 电化学测试用于评估氧降解反应 (ORR) 的性能,耐用性和功率密度.
主要成果:
- 在中性/性介质中,N-化纳米多孔石墨烯表现出与Pt相比较的ORR性能和耐用性.
- 全固态Mg-空气电池实现了72.1 mW cm-2的峰值功率密度,超过了Pt/碳阴极 (54.3 mW cm-2).
- 所有固态电池的性能优于水性电池,原因是固体电解质减少了Mg阳极的腐蚀.
结论:
- N-doped 3D多孔石墨烯是Mg-空气电池的高效空气阴极材料.
- 独特的结构促进了质量/离子传输,并增强了催化活性,以提高电池性能.
- 这项研究为碳中和能源技术中的先进,独立的石墨烯催化剂铺平了道路.
