Nickel Iron Phosphide/Phosphate as an Oxygen Bifunctional Electrocatalyst for High-Power-Density Rechargeable Zn–Air Batteries

电催化剂 双功能 析氧 材料科学 催化作用 镍 磷化物 氧气 无机化学 磷酸盐 电化学 电极 化学 冶金 有机化学 物理化学 生物化学
作者
Neha Thakur,Mukesh Kumar,Debaprasad Mandal,Tharamani C. Nagaiah
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (44): 52487-52497 被引量:47
标识
DOI:10.1021/acsami.1c12053
摘要

The evolution of an effective oxygen electrocatalyst is of great importance for the widespread application of Zn-air batteries but remains an immense challenge. Thus, an efficient catalyst toward the oxygen evolution reaction and oxygen reduction reaction (OER and ORR) is highly essential for high-performance Zn-air batteries. Here, we have reported bifunctional nickel iron phosphide/phosphate (NiFeP/Pi) catalysts with various Ni/Fe ratios toward oxygen electrocatalysis in alkaline media. These catalysts are highly active toward OER and ORR, wherein NiFe(1:2)P/Pi exhibits a low OER overpotential of 0.21 V at 10 mA cm-2 and a high ORR onset potential (0.98 V vs RHE) with the lowest potential difference (ΔE = E10 - E1/2) of 0.62 V, which surpasses that of the benchmark Pt/C and RuO2 catalyst as well as those of most previously reported bifunctional catalysts. Furthermore, the NiFe(1:2)P/Pi-based Zn-air battery demonstrates a very high power density of 395 mW cm-2 and outstanding discharge capacity of 900 mAh g-1@10 mA cm-2 along with steady cyclability, maintaining 98% of the round trip efficiency over 300 cycles. These results are helpful for a good understanding of the composition-activity relation with a certain band gap toward high-performance Zn-air batteries.
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