多種非貴金屬化合物已經被用作鋅空氣電池的正極材料. 鈷基自支撐電極由于其制備低成本、高性能的優勢而具有良好的應用前景, 但是構建高效的鈷基自支撐電極仍面臨很大的挑戰. 

黑龍江大學付宏剛課題組采用電沉積及后續碳化的方法制備了一種在碳布上生長的氮摻雜碳包覆Co3O4納米片三維復合材料(NC-Co3O4/CC). 文章近期發表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9359-7.

圖1 NC-Co3O4/CC的制備

作為自支撐電極用作OER催化劑, 在電流密度為 10?mA/cm2 時過電勢為210 mV, Tafel斜率為 79.6?mV/dec.  作為鋅空氣電池的正極材料時, 在 10?mA/cm2 的電流密度下其充放電電壓差為 0.87?V,  即使大電流密度為 25?mA/cm2 時仍然具有良好的穩定性(93次循環后性能沒有衰減), 遠遠超過了商業催化劑. 

NC-Co3O4/CC電極優異的性能主要歸因于三維結構利于電解液離子的擴散, 同時不使用粘結劑也能夠增強電極的導電性. 另外, 碳包覆不僅能夠提高電子傳導特性, 而且能提升電極的電化學穩定性. 氮摻雜可以調節碳的電子結構, 加速電子的傳遞. 

圖2 NC-Co3O4/CC用作鋅空氣電池

本工作提供了一種簡單有效的策略用于合成各種自支撐電極, 從而滿足不同能量存儲及轉換器件對電極的需求.

來源：中國科學材料