​三单位联合AM：氮氧化钴/多孔碳混合电催化剂实现可充电锌空气电池的长循环

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​三单位联合AM：氮氧化钴/多孔碳混合电催化剂实现可充电锌空气电池的长循环
开发商业上可行的电催化剂是可充电锌-空气电池的研究热点，但在实际应用中满足能效和耐久性的要求仍然具有挑战性。战略性材料设计对于解决其在氧气反应动力学缓慢和电池寿命有限方面的缺点至关重要。
​三单位联合AM：氮氧化钴/多孔碳混合电催化剂实现可充电锌空气电池的长循环
在此，滑铁卢大学陈忠伟、邓亚平，釜山大学 Min-Ho Seo，河南师范大学白正宇等人设计了一种“葡萄干面包”结构，用于混合催化剂，该催化剂将氮化钴作为具有薄氧化覆盖物的核心纳米颗粒，并进一步沉积在多孔碳气凝胶中。基于同步加速器的表征，这种杂化物提供了氧空位和Co-Nx-C位点作为活性位点，这是由于CoOxNy纳米颗粒和3D导电碳支架之间的强耦合。与氧化物参考相比，其在苛刻的电催化环境中表现出更强的稳定性，突出了氧氮化物的优势。
此外，3D导电支架改善了电荷/质量传输，并提高了这些活性位点的耐久性。密度泛函理论计算表明，在杂化物中引入N物种可以协同调节钴的d带中心，提高其双功能活性。因此，所获得的空气正极表现出0.65V的双功能过电位和超过1350小时的电池寿命。
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图1. 电化学性能
总之，该工作提出了“葡萄干-面包”混合催化剂的设计策略，使可充电锌-空气电池具有持久的寿命。该策略结合了原位氮化和多孔碳气凝胶的自组装，并创建了有缺陷的活性位点。特别是，Co4N@CoON纳米粒子和相邻的多孔碳气凝胶之间的强耦合允许选择性活性位点之间的相互作用。Co4N@CoON/PCGN的优良ORR活性归因于Co-Nx-C位点。
因此，Co4N@CoON/PCGN引入的锌-空气电池表现出优异的性能，包括153mWcm-2的功率密度，在5mAcm-2的电流密度、低电压间隙为0.65V时，具有1350h的长寿命。因此，该研究为高效选择性双功能混合电催化剂的合理设计以及市售可充电锌-空气电池系统的长期耐用性提供了指导。
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图2. 电池性能
Longevous Cycling of Rechargeable Zn-air Battery Enabled by “raisin-bread” Cobalt Oxynitride/Porous Carbon Hybrid Electrocatalysts, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202311105

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