A Universal Strategy for Fabricating Bimetallic Nanoparticle/N-Doped Carbon Electrocatalysts Enabling Wide-Temperature Zinc–Air Batteries

双金属片 材料科学 过电位 纳米颗粒 催化作用 化学工程 兴奋剂 纳米技术 析氧 碳纤维 氧气 电极 电化学 复合材料 冶金 光电子学 化学 物理化学 有机化学 复合数 工程类 金属
作者
Wenxian Liu,B. L. Zhou,Jiale Dai,Yang Zhao,Fangfang Wu,Wenhui Shi,Xiehong Cao
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
标识
DOI:10.1088/1361-6528/ae09b3
摘要

Abstract Zinc–air batteries (ZABs) exhibit significant potential for energy storage applications. However, their semi-open configuration renders the cathodic oxygen reduction reaction (ORR) highly susceptible to temperature fluctuations. Herein, we present a versatile strategy for preparing bimetallic nanoparticles embedded in nitrogen-doped carbon composites (BM NPs/NC), including FeCo, CuCo, NiCo, and MnCo NPs/NC. By modulating the chemical composition of the nanoparticle precursors, we optimize the catalytic performance of these composites for both oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). Specifically, FeCo NPs/NC exhibits exceptional ORR activity, with a half-wave potential of 0.89 V, and high OER performance with a low overpotential of 0.324V at 10 mA cm-2. When integrated into ZABs, FeCo NPs/NC-based batteries demonstrate remarkable peak power density, specific capacity, and cycling stability (800 h). The batteries retain 97.6% and 95.8% of their room-temperature specific capacity at -20 °C and 60 °C, respectively, and exhibit excellent performance across a wide temperature range. This work highlights the potential of BM NPs/NC for practical applications in extreme environments.
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