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材料学院胡文彬教授团队在锌空柔性能源器件方面取得进展
添加时间:2018-03-25 17:31:36  


将电池制作成能弯曲、易携带的配饰,甚至编入纤维制成衣服,将会给生活带来极大方便。随着可穿戴电子器件的发展,人们对于柔性储能器件的需求不断增加,但是柔性锂离子电池和超级电容器一直存在着能量密度不足等问题,制约了其发展和应用。

近年来,材料学院胡文彬教授团队开展了高性能电极材料的可控制备与应用开发系列研究工作,针对锌-空气电池的实际能量密度与充放电循环次数等性能受到空气电极的氧还原与氧析出催化性能的严重约束等问题,推动解决提升电池的阴极反应动力学关键问题。团队骨干钟澄教授2017年在Advanced Materials,Advanced Energy Materials,small等学术期刊发表高水平论文15篇,其中2篇以封面论文形式发表在Advanced Material, Advanced Energy Materials两个顶级学术期刊上。 

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高水平论文在学术期刊上发表  

研究采用快速电沉积的方法在碳布的碳纤维表面原位平铺一层氢氧化钴,结合后续热处理工艺,获得了超薄介孔四氧化三钴与碳布复合的高效氧还原与氧析出能力的一体化空气电极,这种电极内部是原子级厚度的介孔四氧化三钴负载于氮掺杂石墨烯复合材料。为了进一步优化Co3O4表面原子排布和催化活性点位,分别在氮掺杂石墨烯可控合成了Co3O4纳米立方体、截角八面体、多面体等复合结构,调控优化了Co3O4表面Co2+和Co3+活性位点及对氧物种的吸脱附行为,显著提升了该类材料在碱性溶液中的电催化氧还原氧析出能力及锌-空气电池电性能。


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Co3O4/N‐rGO柔性锌-空气电池的制作过程示意图  


采用高效氧还原与氧析出催化性能的一体化空气电极,制备成柔性器件,性能优越。以Co3O4/N‐rGO作为催化剂的柔性线状锌-空气电池具有高达649 Wh/kg的质量能量密度,36.1 mWh/cm3的超高体积能量密度,展现出优异的充放电性能,在3 mA/cm3的充放电电流密度下,放电电压1.2 V, 充电电压2 V;通过串并联连接得到的柔性锌-空气电池组能够驱动电子器件和给iPhone手机充电。以Co3O4纳米片制备出的锌-空气电池性能优异,在LED和计步器等方面具有很好的应用前景。(通讯员:夏大海) 

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由锌-空气电池供电的LED(a)温度计(b)步程计(c)