ACS Nano：高效穩定的陽離子有序鈣鈦礦氧化物作為可充電鋅-空氣電池的雙功能催化劑

【背景介紹】

迄今已經開發出的高性能和低成本的各種催化劑中，由于固有的催化活性以及結構，鈣鈦礦氧化物逐漸引起了人們的關注。由于高理論能量密度，金屬電池可能是下一代電動汽車（EV）和電能儲存系統（EES）的潛在候選人。然而，由于電極和催化劑的氧還原反應（ORR）和析氧反應（OER）動力學不穩定引起的超電勢已經成為商業化的技術障礙之一。因此，迫切需要開發具有ORR / OER的高效率和長期穩定性的雙功能電催化劑，以便實現可再充電的金屬-空氣電池。

【成果簡介】

近日，韓國蔚山國家科學與技術研究院Guntae Kim、Jaephil Cho、Yunfei Bu（共同通訊）等人通過靜電紡絲制備了各種陽離子有序PrBa_0.5Sr_0.5Co_2-xFe_xO_5+δ（x = 0,0.5,1,1.5和2）鈣鈦礦的介孔納米纖維。介孔納米纖維控制良好的金屬比例和大的表面積（?20 m2 g-1）使得氧還原反應和析氧反應效率提高并增強了鋅-空氣電池的穩定性。相關成果以題為“A Highly Efficient and Robust Cation Ordered Perovskite Oxides as a Bi-Functional Catalyst for Rechargeable Zinc-Air Batteries”發表在ACS Nano上。

【圖文導讀】

圖1 PBSCF-NF的表征

（a）PBSCF-NF的XRD圖

（b）PBSCF-NF的TEM圖像

（c）PBSCF-NF的高分辨率TEM圖像

（d）PBSCF-NF的STEM圖像

（e）PBSCF-NF的能量損失譜

（f）從（d）中的納米纖維上的紅線上穿過PBSCF-NF的線掃描

圖2 PBSCF-NF，PBSCF-P，BSCF和IrO₂的OER活性

（a）PBSCF-NF，PBSCF-P，BSCF和IrO₂電催化劑的極化曲線

（b）從（a）中的極化曲線獲得的Tafel圖

（c）電流密度為10mA cm^-2的PBSCF-NF，PBSCF-P，BSCF和IrO₂的超電勢

（d）在0.3V的超電勢下，PBSCF-NF，PBSCF-P，BSCF和IrO₂的電流密度

圖3 PBSCF-NF，PBSCF-P和Pt/C的ORR活性

（a）PBSCF-NF，PBSCF-P和Pt/C電催化劑在0.1M KOH溶液中的極化曲線

（b）從（a）中的極化曲線獲得的Tafel圖

（c）不同電位的PBSCF-NF，PBSCF-P和Pt / C的電子轉移數

（d）PBSCF-NF，PBSCF-P和Pt / C的H₂O₂產率

圖4 循環性能

（a）電流密度-電壓曲線

（b）功率密度曲線

（c）使用Pt/C，PBSCF-NF和原始空氣電極的Zn-空氣電池的放電曲線

（d）可再充電鋅-空氣電池的放電和充電循環曲線

【小結】

該研究證明了陽離子有序的鈣鈦礦氧化物PBSCF-NF作為堿性介質中高活性和穩定的非貴重催化劑的顯著效果。優化的PBSC1.5F0.5納米纖維表現出比其本體顆粒和BSCF鈣鈦礦更好的OER和ORR性能。因此，由于鋅空氣電池中有效的雙功能ORR/OER活性和充放電循環穩定性，介孔納米纖維PBSCF-NF是可再充電金屬-空氣電池極有希望的催化劑。

文獻鏈接：A Highly Efficient and Robust Cation Ordered Perovskite Oxides as a Bi-Functional Catalyst for Rechargeable Zinc-Air Batteries（ACS Nano,2017,DOI:10.1021/acsnano.7b06595）

本文由材料人新能源前線Allen供稿，材料牛整理編輯。

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