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Sourcing the merits of 3D integrated air cathodes for highperformance Zn-air batteries by bubble pump consumption chronoamperometry

引用

Nano Research 2024年第8期17卷 6951-6959页

作者： Mengxuan Li Linfeng Yu Hai Liu Chuanyi Zhang Jiazhan Li Liang Luo Xiaoming Sun State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering Beijing University of Chemical TechnologyBeijing 100029China

Zn-air batteries(ZABs)as a potential energy conversion system suffer from low power density(typically≤200 mW·cm^(−2)).Recently,three-dimensional(3D)integrated air cathodes have demonstrated promising performance over traditional twodimensional(2D)plane ones,which is ascribed to enriched active sites and enhanced diffusion,but without experimental ***,we applied a bubble pump consumption chronoamperometry(BPCC)method to quantitatively identify the gas diffusion coefficient(D)and effective catalytic sites density(ρEC)of the integrated air cathodes for ***,the D andρEC values can instruct consequent optimization on the growth of Co embedded N-doped carbon nanotubes(CoNCNTs)on carbon fiber paper(CFP)and aerophilicity tuning,giving 4 times D and 1.3 timesρEC over the conventional 2D Pt/C-CFP *** a result,using the CoNCNTs with half-wave potential of merely 0.78 V ***(Pt/C:0.89 V ***),the superaerophilic CoNCNTs-CFP cathode-based ZABs exhibited a superior peak power density of 245 mW·cm^(−2) over traditional 2D Pt/C-CFP counterparts,breaking the threshold of 200 mW·cm^(−2).This work reveals the intrinsic feature of the 3D integrated air cathodes by yielding exact D andρEC values,and demonstrates the feasibility of BPCC method for the optimization of integrated electrodes,bypassing trial-and-error strategy.

关键词： Zn-air batteries three-dimensional(3D)integrated air cathodes superaerophilic gas diffusion coefficient effective catalytic sites density

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