ACS Nano：高效稳定的阳离子有序钙钛矿氧化物作为可充电锌-空气电池的双功能催化剂

【背景介绍】

迄今已经开发出的高性能和低成本的各种催化剂中，由于固有的催化活性以及结构，钙钛矿氧化物逐渐引起了人们的关注。由于高理论能量密度，金属电池可能是下一代电动汽车（EV）和电能储存系统（EES）的潜在候选人。然而，由于电极和催化剂的氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）动力学不稳定引起的超电势已经成为商业化的技术障碍之一。因此，迫切需要开发具有ORR / OER的高效率和长期稳定性的双功能电催化剂，以便实现可再充电的金属-空气电池。

【成果简介】

近日，韩国蔚山国家科学与技术研究院Guntae Kim、Jaephil Cho、Yunfei Bu（共同通讯）等人通过静电纺丝制备了各种阳离子有序PrBa_0.5Sr_0.5Co_2-xFe_xO_5+δ（x = 0,0.5,1,1.5和2）钙钛矿的介孔纳米纤维。介孔纳米纤维控制良好的金属比例和大的表面积（〜20 m2 g-1）使得氧还原反应和析氧反应效率提高并增强了锌-空气电池的稳定性。相关成果以题为“A Highly Efficient and Robust Cation Ordered Perovskite Oxides as a Bi-Functional Catalyst for Rechargeable Zinc-Air Batteries”发表在ACS Nano上。

【图文导读】

图1 PBSCF-NF的表征

（a）PBSCF-NF的XRD图

（b）PBSCF-NF的TEM图像

（c）PBSCF-NF的高分辨率TEM图像

（d）PBSCF-NF的STEM图像

（e）PBSCF-NF的能量损失谱

（f）从（d）中的纳米纤维上的红线上穿过PBSCF-NF的线扫描

图2 PBSCF-NF，PBSCF-P，BSCF和IrO₂的OER活性

（a）PBSCF-NF，PBSCF-P，BSCF和IrO₂电催化剂的极化曲线

（b）从（a）中的极化曲线获得的Tafel图

（c）电流密度为10mA cm^-2的PBSCF-NF，PBSCF-P，BSCF和IrO₂的超电势

（d）在0.3V的超电势下，PBSCF-NF，PBSCF-P，BSCF和IrO₂的电流密度

图3 PBSCF-NF，PBSCF-P和Pt/C的ORR活性

（a）PBSCF-NF，PBSCF-P和Pt/C电催化剂在0.1M KOH溶液中的极化曲线

（b）从（a）中的极化曲线获得的Tafel图

（c）不同电位的PBSCF-NF，PBSCF-P和Pt / C的电子转移数

（d）PBSCF-NF，PBSCF-P和Pt / C的H₂O₂产率

图4 循环性能

（a）电流密度-电压曲线

（b）功率密度曲线

（c）使用Pt/C，PBSCF-NF和原始空气电极的Zn-空气电池的放电曲线

（d）可再充电锌-空气电池的放电和充电循环曲线

【小结】

该研究证明了阳离子有序的钙钛矿氧化物PBSCF-NF作为碱性介质中高活性和稳定的非贵重催化剂的显著效果。优化的PBSC1.5F0.5纳米纤维表现出比其本体颗粒和BSCF钙钛矿更好的OER和ORR性能。因此，由于锌空气电池中有效的双功能ORR/OER活性和充放电循环稳定性，介孔纳米纤维PBSCF-NF是可再充电金属-空气电池极有希望的催化剂。

文献链接：A Highly Efficient and Robust Cation Ordered Perovskite Oxides as a Bi-Functional Catalyst for Rechargeable Zinc-Air Batteries（ACS Nano,2017,DOI:10.1021/acsnano.7b06595）

本文由材料人新能源前线Allen供稿，材料牛整理编辑。

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