Synergetic FeCo nanorods embedded in nitrogen-doped carbon nanotubes with abundant metal–NCNT heterointerfaces as efficient air electrocatalysts for rechargeable zinc–air batteries

文献情報

出版日 2020-08-10
DOI 10.1039/D0SE01023E
インパクトファクター 6.367
著者

Hao Hu, Yuhua Xie, Farhad M. D. Kazim, Konggang Qu, Min Li, Zehui Yang


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要旨

Commercialization of rechargeable zinc–air batteries (ZABs) is blocked by low stability and battery performance. Herein, we synthesized a series of cobalt/iron nanorods embedded into nitrogen-doped carbon nanotubes and utilized them as air electrodes for rechargeable ZABs. The electrochemical results suggest that the FeCo-alloyed structure exhibits better stability and electrocatalytic activities toward the oxygen evolution reaction (OER) and oxygen reduction reaction (ORR) than the Fe-NR/NCNT and Co-NR/NCNT. This is ascribed to the presence of more metal–NCNT heterointerfaces, resulting in more active sites for catalyzing ORR and OER. The Fe0.33Co0.67-NR/NCNT requires only 285 mV overpotential to deliver 10 mA cm−2 in the OER catalysis indicating a better catalytic activity compared to Co-NR/NCNT (298 mV) and Fe-NR/NCNT (363 mV) as well as the benchmark of the IrO2 (313 mV). Moreover, Fe0.33Co0.67-NR/NCNT with a half-wave potential of 857 mV vs. RHE (comparable to commercial Pt/C (853 mV vs. RHE)) outperforms Fe-NR/NCNT (842 mV vs. RHE) and Co-NR/CNT (839 mV vs. RHE). Consequently, the assembled rechargeable ZAB from Fe0.33Co0.67-NR/NCNT (164 mW cm−2) exhibits higher battery performance and stability than Co-NR/NCNT (70 mW cm−2), Fe-NR/NCNT (89 mW cm−2) and Pt/C–IrO2 (71 mW cm−2). Furthermore, the all-solid-state ZAB fabricated from Fe0.33Co0.67-NR/NCNT shows a considerably high battery performance (54 mW cm−2) and stability.

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