Atomically dispersed Fe-N-S-C anchored on pomegranate-shaped carbon spheres for oxygen reduction reaction and all-solid-state zinc-air battery

碳纤维 电池(电) 电解质 材料科学 化学工程 催化作用 功率密度 纳米技术 化学 电极 复合材料 工程类 物理 有机化学 物理化学 功率(物理) 量子力学 复合数
作者
Peng Jiang,Shi Chen,Can Wang,Dongdong Wang,Jiefeng Diao,Zhiqian Cao,Zhiyu Lin,Qiquan Luo,Jian Lu,Hao Huang,Chenghua Zong,Lin Hu,Qianwang Chen
出处
期刊:Materials today sustainability [Elsevier BV]
卷期号:9: 100039-100039 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.mtsust.2020.100039
摘要

Flexible Zn-air battery (ZAB) plays a pivotal role in the eventual realization of wearable/portable electronic devices such as hearing aids and electronic wristwatches owing to its high energy density and stable working voltage. However, the efficiency and long-term durability are still inevitably limited by the sluggish kinetics of oxygen reduction reaction (ORR) in air electrode. Herein, we fabricated a planar all-solid-state rechargeable ZAB with excellent scalability by integrating atomically dispersed FeNx anchored on nitrogen-sulfur dual-doped porous carbon spheres and a highly conductive poly (acrylamide-co-acrylic acid) solid polymer alkaline electrolyte. Owing to the introduction of sulfur in carbon substrate, the catalyst exhibits superior ORR performance over 20% commercial Pt/C. Specially, it also displays outstanding all-solid-state ZAB capacity with a maximum power density of 85.5 mW/cm2, as well as ultralong cycle life for more than 40 h, which outperforms that of most conventional polyvinyl alcohol alkaline gel electrolyte-based flexible quasi-solid-state or all-solid-state ZAB. Density functional theory results reveal that the dopants N and S play a synergetic interplay in modulating the electronic structure of atomically dispersed FeNx species and provide a fast electron transfer path for ORR.
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