炭载Cu掺杂Mn3O4的氧还原催化活性与锌空气电池性能强化研究

张钧凯, 诸葛祥群, 刘通, 罗鲲

现代化工 ›› 2024, Vol. 44 ›› Issue (10) : 104 -110.

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现代化工 ›› 2024, Vol. 44 ›› Issue (10) : 104-110. DOI: 10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.10.020
科研与开发

炭载Cu掺杂Mn3O4的氧还原催化活性与锌空气电池性能强化研究

    张钧凯, 诸葛祥群, 刘通, 罗鲲
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Study on oxygen reduction catalytic activity of carbon-loaded Cu-doped Mn3O4 and performance enhancement in zinc-air batteries

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摘要

通过沉积-焙烧方法合成了一种在炭黑上Cu掺杂Mn3O4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Cu2O/C、Mn3O4/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/cm2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/cm2

Abstract

Cu-doped Mn3O4 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 Cu2O/C,Mn3O4/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 / 锌空气电池 / 氧还原催化剂 / 炭黑 / Mn3O4

Key words

Cu doping / zinc-air batteries / oxygen reduction catalyst / carbon black / Mn3O4

Author summay

张钧凯(2000-),男,硕士生,研究方向为锌空气电池,570453413@qq.com;罗鲲(1966-),男,博士,教授,研究方向为纳米材料及金属空气电池,通讯联系人,luokun@cczu.edu.cn。

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炭载Cu掺杂Mn3O4的氧还原催化活性与锌空气电池性能强化研究[J]. , 2024, 44(10): 104-110 DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.10.020

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