Integrating High‐Entropy Alloy Nanocatalysts with Aligned Porous Air Electrode for High‐Power Zinc–Air Battery

材料科学 电极 纳米材料基催化剂 功率密度 多孔性 纳米技术 电化学 电池(电) 双功能 储能 化学工程 纳米颗粒 电流密度 合金 电化学储能 析氧 碳纤维 多孔介质 克拉克电极 催化作用 能量密度 合理设计 集电器 纳米结构 电流(流体)
作者
Ran Ren,Ting Liang,Zhichao Gong,Jianbin Liu,Zhixiu Lu,Kang Huang,Huilong Fei,Gonglan Ye
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (3): e13348-e13348 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adma.202513348
摘要

Abstract Zinc–air batteries (ZABs) hold great promise as next‐generation energy storage technologies thanks to their high energy density, low cost, and good safety. However, developing air electrodes that can achieve high power density in ZABs remains a grand challenge. Herein, an integrated air electrode comprising an aligned porous carbon film uniformly and densely decorated with ultrasmall high‐entropy alloy nanoparticles (HEA‐NPs) is presented. This design simultaneously meets the stringent requirements for fast reaction kinetics and efficient mass/electron transport imposed by high‐rate operation. Comprehensive structural and electrochemical analyses reveal that the air electrode's tailored pore size distribution and vertically aligned channels furnish unimpeded pathways for the transport of ions, gases, and electrons. Meanwhile, the HEA‐NPs, with high bifunctional catalytic activity and an enriched number of active sites, dramatically accelerate the oxygen reduction and evolution reactions. Consequently, a quasi‐solid‐state ZAB employing this air electrode achieves an outstanding power density of 545 mW cm −2 and stable operation for over 165 h at a high current density of 50 mA cm −2 . By elucidating a clear structure‐performance relationship, this study offers a valuable guideline for the rational design of porous electrodes for high‐power‐density ZABs and beyond.
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