Defect Electrocatalysts and Alkaline Electrolyte Membranes in Solid‐State Zinc–Air Batteries: Recent Advances, Challenges, and Future Perspectives

电解质 材料科学 纳米技术 双功能 离子电导率 化学工程 析氧 电催化剂 催化作用 电化学 电极 快离子导体 化学 工程类 有机化学 物理化学 生物化学
作者
Mingjie Wu,Gaixia Zhang,Lei Du,Dachi Yang,Huaming Yang,Shuhui Sun
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:5 (1): e2000868-e2000868 被引量:61
标识
DOI:10.1002/smtd.202000868
摘要

Rechargeable zinc-air batteries (ZABs) have attracted much attention due to their promising capability for offering high energy density while maintaining a long operational lifetime. One of the biggest challenges in developing all-solid-state ZABs is to design suitable bifunctional air-electrodes, which can efficiently catalyze the key oxygen reduction reaction (ORR)/oxygen evolution reaction (OER) electrochemical processes. The other one is to develop robust electrolyte membranes with high ionic conductivity and superb water retention capability. In this review, an in-depth discussion of the challenges, mechanisms, and design strategies for the defect electrocatalyst and the electrolyte membrane in all-solid-state ZABs will be offered. In particular, the crucial defect engineering strategies to tune the ORR/OER catalysts are summarized, including direct controllable strategies: 1) atomically dispersed metal sites control, 2) vacancy defects control, and 3) lattice-strain control, and the indirect strategies: 4) crystallographic structure control and 5) metal-carbon support interaction control. Moreover, the most recent progress in designing electrolyte membranes, including polyvinyl alcohol-based membranes and gel polymer electrolyte membranes, is presented. Finally, the perspectives are proposed for rational design and fabrication of the desired air electrode and electrolyte membrane to improve the performance and prolong the lifetime of all-solid-state ZABs.
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