何冠杰/柴国良/Ivan P. Parkin教授等EnSM论文：可充锌-空气电池阴极基底的自活化- 大数跨境

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何冠杰/柴国良/Ivan P. Parkin教授等EnSM论文：可充锌-空气电池阴极基底的自活化

科学材料站

2020-12-04

导读：该观点文章结合大量实验表征和理论计算深入分析了用于锌-空气电池的碳纸基底在恒流充放电循环过程中的自活化现象及相关机理

文章信息

可充锌-空气电池中自活化的阴极基底

第一作者：郭建

通讯作者：何冠杰*，柴国良*，Ivan P. Parkin*

单位：伦敦大学学院，中国科学院福建物质结构研究所，林肯大学，四川大学

研究背景

锌-空气电池因其较高的理论能量密度、较低的制备成本以及安全性和电池材料锌的丰富性而受到广泛的关注，研发成本效益好且稳定的空气电极对于进一步促进金属-空气电池的大规模应用至关重要。

目前，大量的研究主要集中于利用湿法化学和固态合成等方法开发高性能氧还原（ORR）和氧析出（OER）电催化剂材料，并将材料粘合到基底上制备成空气电极。然而对于基底本身在电化学反应过程中的变化和对电池整体性能的影响方面却鲜有研究。

文章简介

近日，来自英国伦敦大学学院 (University College London) 的Ivan P. Parkin教授和何冠杰博士课题组与中国科学院福建物质结构研究所的柴国良研究员合作，在国际知名期刊Energy Storage Materials（影响因子：16.28）上发表题为“Self-activated cathode substrates in rechargeable zinc–air batteries”的观点文章。

该观点文章结合大量实验表征和理论计算深入分析了用于锌-空气电池的碳纸基底在恒流充放电循环过程中的自活化现象及相关机理，研究发现这种自活化后的碳纸在不用附加额外催化剂材料的情况下即可直接用作锌-空气电池的空气电极，并表现出优良且稳定的性能。

本文要点

要点一：碳纸的自活化现象和表面结构与成分变化的深入分析

本文利用常用的碳纸直接作为锌-空气电池的阴极进行恒流充放电循环测试，测试结果表明碳纸在循环过程中存在明显的自活化现象，经过5~10小时的循环测试后，电池的充放电性能得到了明显的提升。

利用SEM、XRD、Raman、FTIR、XPS、NEXAFS、TEM、EDS-mapping、接触角测试等手段对不同电流强度进行活化后的碳纸进行了详细分析（如图1、图2），揭示了电化学活化过程中碳纸表面的结构和成分变化。主要包括碳纸表面PTFE疏水涂层随着活化过程进行的不断侵蚀脱落，进而暴露出石墨化碳纤维，并在表面形成大量氧官能团，使得碳纸表面在反应过程中的三相界面得以优化，进而促进催化反应，提升电池性能。