Synthesis of cobalt-anchored N-doped carbon as an oxygen reduction reaction catalyst for aluminum-air batteries

催化作用 塔菲尔方程 材料科学 电池(电) 碳纤维 化学工程 无机化学 化学 电极 电化学 复合材料 冶金 复合数 有机化学 功率(物理) 物理化学 量子力学 工程类 物理
作者
Qian Wang,Xianzhi Xu,Detang Lu
出处
期刊:Applied Catalysis A-general [Elsevier BV]
卷期号:646: 118847-118847 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.apcata.2022.118847
摘要

High-performance, stable and inexpensive catalysts use for oxygen reduction reaction (ORR) process are indispensable in the cathode and play an important role in the practical application and industrialization of metal air batteries. In recent years, highly efficient and stable nonprecious metal catalysts have been the focus of research, and cobalt and cobalt oxides being promising options. Herein, we propose a one-step mixed impregnation method to prepare a nitrogen-doped carbon catalyst, after heat treatment the Co-anchored to N-doped carbon catalyst (Co-N-C) with 10–30 nm of Co uniformly distributed was obtained. Which find that 5% Co loading is enough to obtain excellent ORR catalytic performance. The LSV results show that the half-wave potential of the Co-N-C catalyst is 0.838 V(Vs RHE), which is only 60 mV lower than that of the commercial 20% commercial Pt/C catalyst. Moreover, the Co-N-C catalyst has a smaller Tafel slope, faster reaction kinetics and better durability. After 6000 cycles of cyclic voltammetry testing, the half-wave potential shows a negative shift of only 5 mV. In the aluminum–air battery test, with a catalyst loading of 1 mg·cm−2 in the air electrode, the Co-N-C catalyst shows higher power output and capacity performance under high current compared with the commercial 20% Pt/C catalyst. The Co-N-C catalyst prepared by this simple and scalable method can obtain good output performance in the aluminum–air battery products, which will play a substantial role in the industrialization of aluminum–air batteries.
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