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柔性可穿戴式可充電電池作為可再生和清潔能源技術(shù)已引起了科學(xué)和工程界的廣泛關(guān)注。特別是，與其他能源供應(yīng)設(shè)備（例如鋰電池和其他基于Zn的電池）相比，柔性Zn-空氣電池（ZAB）具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，較高的理論能量密度（1086 Wh kg-1），競(jìng)爭(zhēng)成本，操作安全性和環(huán)境友好性。最近，將新型固體電解質(zhì)與高效電催化劑結(jié)合使用，可組裝具有優(yōu)異的低溫適應(yīng)性和電化學(xué)性能的ZAB，從而為下一代柔性電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)了耐低溫的柔性ZAB。然而，為了實(shí)現(xiàn)未來(lái)的商業(yè)化，需要解決柔性ZAB的可再充電性和能量轉(zhuǎn)換效率差的問(wèn)題，這主要是由于空氣正極中的氧氣反應(yīng)動(dòng)力學(xué)遲緩。為了克服這些障礙，必須探索一種用于氧還原反應(yīng)（ORR）和氧釋放反應(yīng)（OER）的高性能電催化。

最近，暨南大學(xué)Zilong Wang和Shaozao Tan教授課題組和香港城市大學(xué)Zonglong Zhu教授課題組合作合成了具有強(qiáng)Ni/Co-F鍵的NiCo2O4納米晶體-MXene雜化物。制備的基于MXene的復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的ORR和OER電催化活性。這是報(bào)道的MXene基柔性空氣ZAB正極的最佳性能，可與某些貴金屬催化劑相比較。此外，即使在切割和縫合后，柔性固態(tài)ZAB裝置仍可定制，并具有很高的性能。

該成果發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊?ACS Applied Materials?& Interfaces，題目為Strongly Coupled?NiCo2O4?Nanocrystals-MXene Hybrid through in-situ Ni/Co-F Bonds for Efficient Wearable Zn-Air Batteries

流程圖1. NiCo2O4?/ MXene的制備示意圖

圖1. NiCo2O4?/ MXene復(fù)合材料的物理表征

圖2. NiCo2O4?/ MXene復(fù)合材料的電催化性能

圖3. NiCo2O4?/ MXene復(fù)合材料在液態(tài)ZAB中性能

圖4.柔性ZAB示意圖及性能

本文采用原位錨定的方法在少層MXene框架上制備了NiCo2O4/MXene雙功能電催化劑。NiCo2O4納米晶體可以通過(guò)Ni/Co-F鍵生長(zhǎng)，該鍵充當(dāng)ORR和OER的電催化位。通過(guò)NEXAFS證明了Ni/Co-F鍵帶來(lái)了電子云遷移的協(xié)同效應(yīng)。由于協(xié)同作用，電催化劑表現(xiàn)出增強(qiáng)的親水性和出色的ORR / OER雙功能活性，與貴金屬基催化劑相近。基于NiCo2O4/MXene正極的充電液體ZAB表現(xiàn)出峰值功率密度277 mWcm-2的PPD和超過(guò)1000次充放電循環(huán)的長(zhǎng)期耐久性，是已報(bào)道的MXene基的液態(tài)ZAB的最佳性能。使用NiCo2O4/ MXene空氣正極的可穿戴ZAB提供高開(kāi)路電壓Voc（1.4 V），超高峰值功率密度PPD（55.1mW cm-2）和100個(gè)循環(huán)的出色穩(wěn)定性。此外，我們的可穿戴ZAB在經(jīng)過(guò)碳纖維裁剪和縫制后，可以保持與最初的性能相似，當(dāng)兩臺(tái)設(shè)備串聯(lián)時(shí)，可以在多種操作條件下輕松點(diǎn)亮48個(gè)紅色led指示燈。我們目前的工作不僅說(shuō)明了基于MXene的雙功能ORR/OER催化劑在可穿戴ZABs的實(shí)際應(yīng)用中是有效和成功的，而且也為MXene基材料用于其他儲(chǔ)能設(shè)備開(kāi)辟了一條新途徑。

文獻(xiàn)鏈接：

DOI:10.1021/acsami.0c11185