Enhancing Energy Conversion Efficiency and Durability of Alkaline Nickel‐Zinc Batteries with Air‐Breathing Cathode

电解质 阴极 阳极 析氧 材料科学 碱性电池 电池(电) 化学工程 无机化学 电极 化学 冶金 电化学 物理化学 工程类 功率(物理) 物理 量子力学
作者
Weili Xie,Kaiyue Zhu,Hanmiao Yang,Weikang Jiang,Weijian Li,Zhengsen Wang,Weishen Yang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (22) 被引量:31
标识
DOI:10.1002/anie.202303517
摘要

Despite their high output voltage and safety advantages, rechargeable alkaline nickel-zinc batteries face significant challenges associated with the cathodic side reaction of oxygen evolution, which results in low energy efficiency (EE) and poor stability. Herein, we propose to leverage the side oxygen evolution reaction (OER) in nickel-zinc batteries by coupling electrocatalysts for oxygen reduction reactions (ORR) in the cathode, thus constructing an air breathing cathode. Such a novel battery (Ni-ZnAB), designed in a pouch-type cell with a lean electrolyte, exhibits an outstanding EE of 85 % and a long cycle life of 100 cycles at 2 mA cm-2 , which are significantly superior to those of traditional Ni-Zn batteries (54 %, 50 cycles). Compared to Ni-Zn, the enhanced EE of Ni-ZnAB is attributed to the contribution from ORR, while the improved cycling stability is because the stability of the anode, cathode and electrolyte are also enhanced in Ni-ZnAB. Furthermore, an ultrahigh stability of 500 cycles with an average EE of 84 % at 2 mA cm-2 was achieved using a mold cell with rich electrolyte, demonstrating the strong application potential of Ni-ZnAB.
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