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新型电极材料用于可充电锌—空气电池正极!

第一作者:李雪梅(东华大学)

通讯作者:乔锦丽教授(东华大学)

成果简介:
       能源需求的急剧增长导致了化石燃料迅速消耗,从而引发了环境问题的爆发。研究与发展清洁和可持续能源存储与转换系统成为了当今不可避免的课题。目前,在不同能量存储和转换体系中,可充式锌-空电池由于成本低、环境友好、安全性能可靠、比能量密度高等优势引起了人们的广泛关注,在未来能源应用领域起着不可缺少的作用。

       东华大学环境学院乔锦丽教授课题组通过简单的共沉淀法与后热处理相结合,制备出以MnO2、Co3O4和CNT的杂化材料构建的以针状网络结构为主体形成的松弛三维球形Co3O4/MnO2-CNTs催化剂。催化剂的形貌、组成和作用机理通过SEM,TEM,TEM-mapping,XRD,EDX和XPS进行了详尽分析。通过与Co3O4/MnO2,MnO2纳米管和碳纳米管以及商业化的20% Pt/C进行对比发现,Co3O4/MnO2-CNTs-350杂化材料在碱性环境下(0.1 M KOH)表现出优异的氧还原和析氧反应双催化作用。采用Co3O4/MnO2-CNTs-350杂化材料作为电催化剂并应用于锌-空电池,获得开路电压~1.47 V,峰值功率340 mW cm-2以及775 mAh g-1(充放电电流密度为10 mA cm-2)的比容量;对于可充电锌-空电池,表现出较小的充放电电压差和优异循环寿命(504个充放电循环,充放电电流密度为10 mA cm-2,10分钟每循环)。特别地,由于这种双功能催化剂绿色,成本低廉,制备方法简单易得,十分有益于进行规模化生产和应用。              

团队介绍: 

       乔锦丽:博士、教授/博士生导师、先进电化学能源与环境学科带头人。毕业于日本国立山口大学大学院理工学研究科物质工学获工学博士学位。后就任日本产业技术综合研究所(National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, AIST)研究员。2008年入选上海市“浦江人才”支持计划。担任国际电化学能源科学院(IAOEES) 副主席兼理事,中国电化学会理事委员、中国硅酸盐学会固态离子学分会理事会理事委员、中国膜工业协会电驱动膜专家委员。Electrochemical Energy Review杂志副主编,Green Energy & Environment,Energies Catalysts, Membranes, Current Graphene Science等杂志编委,Applied Energy, Electrochim. Acta及Int. J. Hygrogen Energy 客座编辑。英国工程和自然科学研究委员会(EPSRC)2016-2020五年计划重大国际合作项目"Liquid Fuel and bioenergy Supply from CO2 Reduction"中方专家组成员;2018-2022 “新加坡总理府国家研究基金-英国剑桥联合中心碳削减”五年重大计划国外专家评审;2018年科技部新能源汽车重大专项会评专家。


       先后承担国家自然科学基金(面上/联合/重大培育)、中央高校交叉学科重点项目、上海市科委国际合作项目、高端外传引智项目、上海市教委创新项目、教育部博士导师基金以及留学人员归国基金等10多项目。以第一作者/通讯作者发表包括Chem. Soc., Rev. Adv. Energy Mater, Sci. Rep., Green Chem., Appl. Mater. & Inter., Appl. Catalysis B: Environ., J. Catalysis, J. Mater. Chem., J. Power Sources, Appl. Energy, Nanoscale, Catal. Today, Sci.Bull., ChemElectroChem, Electrochim. Acta., Electrochem. Commun.Chem.Lett.等SCI论文100多篇。撰写和编著国际电化学能源系列专著包括《Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide: Fundamentals and Technologies》,《Electrochemical Polymer Electrolyte Membranes》, 《Graphene: Theory, Synthesis, and Energy Applications》, 《Hydrocarbon Polymer Electrolytes for Fuel Cell Applications》等6部/10章节。申请/授权日本和中国发明专利40多项。重大国际会议报告50多场,邀请报告30多场。先后组织并担任10多次重要国际学术会议和研讨会主席/副主席/组织委员,美国化学会,美国电化学会,国际电化学会,国际电化学能源科学院,中国化学会,中国化工学会,中国化工学会新材料委员会以及中国电化学会等会员。

 

       荣获2013/2014年上海市优秀学位硕士生论文导师3篇,2014年上海市“育才奖”,2015年东华大学“三八红旗手”,东华大学“五四”青年标兵集体,2016年东华大学“先进电化学能源特色团支部”,2011-2017年度东华大学先进安全管理示范研究室以及先进个人等称号。主要研究领域: 电化学、膜材料、电极材料和电极催化剂纳米技术在电化学能源存储与转换包括燃料电池、金属-空气电池、CO2电化学还原以及难降解有机废水的电化学处理技术等。热忱欢迎对电化学、电催化和能源材料研究感兴趣的优秀学生报考东华大学环境科学与工程学院乔锦丽教授先进电化学能源与环境材料/器件研究室攻读硕士和博士学位。 



参考文献:
3D Hollow Sphere Co3O4/MnO2-CNTs: Its High-performance Bi-functional Cathode Catalysis and Application in Rechargeable Zinc–air Battery. Green Energy & Environment 2017,2(3), 316-328

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468025716301297#fig1

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