Hierarchical ZnCo CNFs@CNTs as High-Performance Bifunctional Air Electrodes for Rechargeable Zinc–Air Batteries

作者
Zhixin Wang,Yingjie Chen,Likai Jin,Fanzhen Kong,Beili Pang,Qian Zhang,Jianguang Feng,Liyan Yu,Lifeng Dong
出处
期刊:Catalysts [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:16 (4): 331-331
标识
DOI:10.3390/catal16040331
摘要

Carbon-based bifunctional oxygen electrocatalysts with rationally designed architectures are essential for high-performance rechargeable zinc-air batteries (ZABs), yet the concurrent optimization of catalytic activity, durability, and mass transport remains challenging. Herein, hierarchical ZnCo carbon nanofibers/carbon nanotubes (CNFs@CNTs) are fabricated via single-nozzle electrospinning followed by melamine-assisted pyrolysis under a ZnCl₂-regulated atmosphere. During thermal treatment, Co species embedded within carbon nanofibers catalyze in situ carbon nanotube growth, while ZnCl₂ vapor modulates the carbonization process and surface chemistry, collectively generating a hierarchical CNFs@CNTs architecture with high surface area and abundant exposed active sites. As a result, ZnCo CNFs@CNTs exhibit outstanding bifunctional ORR/OER activity, surpassing Zn-free and Co-free counterparts. Combined structural and electrochemical analyses reveal that the synergistic interaction between Co active centers and Zn-assisted carbon structural regulation enhances reaction kinetics and long-term stability. When implemented as air electrodes in rechargeable ZABs, ZnCo CNFs@CNTs deliver high power density, reduced charge-discharge polarization, and excellent cycling durability, demonstrating strong practical applicability. This work presents an effective strategy for constructing hierarchical CNFs@CNTs composites via electrospinning and dual-component thermal regulation, offering new insights into the design of high-efficiency bifunctional air electrodes for advanced ZABs.

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