Two‐Step Activated Carbon Cloth with Oxygen‐Rich Functional Groups as a High‐Performance Additive‐Free Air Electrode for Flexible Zinc–Air Batteries

过电位 材料科学 电池(电) 煅烧 析氧 电极 纳米孔 化学工程 活性炭 碳纤维 氧气 电化学 纳米技术 催化作用 复合材料 冶金 吸附 化学 功率(物理) 复合数 有机化学 物理 物理化学 量子力学 工程类
作者
Karolina Kordek-Khalil,Lixue Jiang,Kaicai Fan,Zhengju Zhu,Li Xu,Mohammad Al‐Mamun,Yuhai Dou,Shan Chen,Porun Liu,Huajie Yin,Piotr Rutkowski,Huijun Zhao
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (4) 被引量:216
标识
DOI:10.1002/aenm.201802936
摘要

Abstract A flexible air electrode (FAE) with both high oxygen electrocatalytic activity and excellent flexibility is the key to the performance of various flexible devices, such as Zn–air batteries. A facile two‐step method, mild acid oxidation followed by air calcination that directly activates commercial carbon cloth (CC) to generate uniform nanoporous and super hydrophilic surface structures with optimized oxygen‐rich functional groups and an enhanced surface area, is presented here. Impressively, this two‐step activated CC (CC‐AC) exhibits superior oxygen electrocatalytic activity and durability, outperforming the oxygen‐doped carbon materials reported to date. Especially, CC‐AC delivers an oxygen evolution reaction (OER) overpotential of 360 mV at 10 mA cm −2 in 1 m KOH, which is among the best performances of metal‐free OER electrocatalysts. The practical application of CC‐AC is presented via its use as an FAE in a flexible rechargeable Zn–air battery. The bendable battery achieves a high open circuit voltage of 1.37 V, a remarkable peak power density of 52.3 mW cm −3 at 77.5 mA cm −3 , good cycling performance with a small charge–discharge voltage gap of 0.98 V and high flexibility. This study provides a new approach to the design and construction of high‐performance self‐supported metal‐free electrodes.
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