Bioinspired Hydrophobicity Coupled with Single Fe‐N4 Sites Promotes Oxygen Diffusion for Efficient Zinc‐Air Batteries

耐久性 材料科学 阴极 化学工程 扩散 氧气 催化作用 电池(电) 气体扩散电极 电极 电解质 化学 物理化学 冶金 热力学 复合材料 有机化学 功率(物理) 工程类 物理
作者
Chuanlan Xu,Chaozhong Guo,Jianping Liu,Bihao Hu,Hongdian Chen,Guijun Li,Xinru Xu,Chenyang Shu,Honglin Li,Changguo Chen
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (23) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/smll.202207675
摘要

Abstract The poor oxygen diffusion and sluggish oxygen reduction reaction (ORR) kinetics at multiphase interfaces in the cathode suppress the practical application of zinc‐air batteries. Developing effective strategies to tackle the issue is of great significance for overcoming the performance bottleneck but remains challenging. Here, a multiscale hydrophobic surface is designed on the iron single‐atom catalyst via a gas‐phase fluorination‐assisted method inspired by the structure of gas‐trapping mastoids on lotus leaves. The hydrophobic Fe‐FNC attains a higher peak power density of up to 226 mW cm −2 , a long durability of up close to 140 h, and better cyclic durability of up to 300 cycles compared to the corresponding Pt/C‐based Zn‐air battery. Experiments and theoretical calculations indicate that the formed more triple‐phase interfaces and exposed isolated Fe‐N 4 sites are proposed as the governing factors in boosting electrocatalytic ORR activity and remarkable cycling durability for Zn‐air batteries.
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