Exploring Indium‐Based Ternary Thiospinel as Conceivable High‐Potential Air‐Cathode for Rechargeable Zn–Air Batteries

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作者
Gengtao Fu,Jie Wang,Yifan Chen,Yu Liu,Yawen Tang,John B. Goodenough,Jong‐Min Lee
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:8 (31) 被引量:261
标识
DOI:10.1002/aenm.201802263
摘要

Abstract Reversible oxygen reactions in Zn–air batteries require cost‐effective and highly‐active bifunctional electrocatalysts to substitute traditional noble‐metal based catalysts. Herein, a new and promising electrocatalytic material, ternary CoIn 2 S 4 thiospinel, is demonstrated for effectively catalyzing oxygen reduction and oxygen evolution reactions (ORR and OER) with S‐doped reduced graphene oxide (S‐rGO) as an electronic conductor. Compared with Co 9 S 8 /S‐rGO (without In doping), the newly developed CoIn 2 S 4 /S‐rGO reveals superior electrocatalytic properties for the ORR (half‐wave potential of 0.83 V) and OER (overpotential of 0.37 V at 10 mA cm −2 ), demonstrating that the introduction of In can promote the reversible oxygen electrode reactions of CoIn 2 S 4 . The superior experimentally‐observed electrocatalytic properties are corroborated via density function theory investigations. Meanwhile, the synergistic improvements in the bifunctional activities resulting from the combination of CoIn 2 S 4 and S‐rGO are also confirmed. As a proof of concept, home‐made Zn–air cells are assembled with CoIn 2 S 4 /S‐rGO as an air‐cathode. The developed Zn–air cells exhibit a high peak power density (133 mW cm −2 ) with an energy density of 951 Wh kg Zn −1 and robust cycling stability over 150 cycles for 50 h, exceeding of those commercial Pt/C+RuO 2 which highlights the practical viability of CoIn 2 S 4 /S‐rGO for rechargeable Zn–air batteries.
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