炭载Cu掺杂Mn_(3)O_(4)的氧还原催化活性与锌空气电池性能强化研究  

Study on oxygen reduction catalytic activity of carbon-loaded Cu-doped Mn_(3)O_(4)and performance enhancement in zinc-air batteries

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作  者:张钧凯 诸葛祥群 刘通 罗鲲 ZHANG Jun-kai;ZHUGE Xiang-qun;LIU Tong;LUO Kun(School of Materials Science&Engineering,Changzhou University,Changzhou 213164,China)

机构地区:[1]常州大学材料科学与工程学院,江苏常州213164

出  处:《现代化工》2024年第10期104-110,共7页Modern Chemical Industry

基  金:国家自然科学基金项目(51874051,52111530139)。

摘  要:通过沉积-焙烧方法合成了一种在炭黑上Cu掺杂Mn_(3)O_(4)的氧还原反应(ORR)功能催化剂MCO/C。通过优化Mn与Cu的摩尔比合成得到Mn和Cu元素混合价态的MCO/C-51。在ORR过程中,MCO/C-51在Cu_(2)O/C、Mn_(3)O_(4)/C、MCO/C-31和MCO/C-71中表现出最佳的ORR催化活性,其Tafel斜率为73.6 mV/dec,电子转移数约为4.2,具有优异的循环稳定性。在锌-空气电池(ZABs)的阴极使用MCO/C-51催化剂,ZABs的循环寿命在5 mA/cm^(2)时超过128 h,其充放电容量也大幅提升,ZABs的比容量和功率密度分别达到691 mAh/(g Zn)和80 mW/cm^(2)。Cu-doped Mn_(3)O_(4)on carbon black(MCO/C),a functional oxygen reduction reaction(ORR)catalyst,is synthesized via a deposition-calcination method.Through optimizing the molar ratio of Mn to Cu,a mixed-valence MCO/C-51 material is obtained.Among Cu_(2)O/C,Mn_(3)O_(4)/C,MCO/C-31,MCO/C-51,and MCO/C-71,MCO/C-51 exhibits the best ORR catalytic activity with a Tafel slope of 73.6 mV·dec^(-1)and an electron transfer number of approximately 4.2,along with excellent cycling stability.As MCO/C-51 catalyst is used as a cathode catalyst in zinc-air batteries(ZABs),MCO/C-51 enables ZABs to achieve a cycle life exceeding 128 hours at 5 mA·cm^(-2),with a significantly enhanced charge-discharge capacity.The specific capacity and power density of the ZABs reach 691 mAh·(g Zn)^(-1)and 80 mW·cm^(-2),respectively.

关 键 词:CU掺杂 Mn_(3)O_(4) 炭黑 氧还原催化剂 锌空气电池 

分 类 号:TM911.4[电气工程—电力电子与电力传动]

 

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