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Tailoring the high-density active sites via metal-coordinated ionic liquid encapsulated trimetallic core-shell MOF-derived catalysts for superior ORR in flexible Al-air batteries

材料科学 离子液体 催化作用 塔菲尔方程 阴极 碳纳米管 化学工程 密度泛函理论 功率密度 纳米技术 离子键合 离子 电极 物理化学 有机化学 电化学 功率(物理) 计算化学 热力学 化学 吸附 工程类 物理
作者
Muthukumar Perumalsamy,Arunprasath Sathyaseelan,Shanmugasundaram Kamalakannan,Vijayakumar Elumalai,Hyung Chul Ham,Sang-Jae Kim
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:70: 103447-103447 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103447
摘要

The attainment of practicality in flexible solid-state Al-air batteries is impeded by the need for efficient air cathodes. To address this challenge, we systematically engineered the trimetallic (ZnCoFe)NC catalyst with a unique morphology of nitrogen-doped carbon nanotubes (NCNTs) on the 3D polyhedral structure (IL-ZnCoFe@CNT/NC) as an effective cathode. The augmented growth of NCNT facilitated by the metal-coordinated ionic liquid enhances both the specific surface area and the electrochemically active surface area (ECSA). As a result, IL-ZnCoFe@CNT/NC material exhibits a higher onset (1.0 V vs RHE) and half-wave potential (E1/2 = 0.89 V) vs. RHE as well as low Tafel slope (61 mV/dec) and surpassed the bare MOF-derived catalysts and Pt/C. E1/2 decreased by only 7 mV vs RHE after the stability test describes the durability and fast reaction kinetics in the ORR. Upon testing on flexible solid-state Al-air with IL-ZnCoFe@CNT/NC cathode catalysts, it exhibited an OCV of 1.49 V and a peak power density of 34.7 mW cm−2 with 1.3 times higher power performance than the commercial Pt/C along with 3 times longevity than bare catalyst. Additionally, the Density-functional theory (DFT) calculations provide rational evidence that the IL-ZnCoFe@CNT/NC catalyst has an upshifted d-band center, which, in turn, enhances the adsorption of reaction intermediates, making the catalyst highly promising towards ORR.
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