Bifunctional mesoporous CoO/Nitrogen-incorporated graphene electrocatalysts for rechargeable Zn-air batteries
저자
발행사항
Seoul : Sungkyunkwan university, 2021
학위논문사항
Thesis (M.A.)-- Sungkyunkwan university : Department of Chemical Engineering 2021. 2
발행연도
2021
작성언어
영어
주제어
발행국(도시)
서울
기타서명
이기능성을 갖는 메조포어 코발트모노옥사이드와 질소도핑된 환원 그래핀 옥사이드 복합체를 아연-공기 양극 촉매로 적용
형태사항
viii, 55 p. : ill., charts ; 30 cm
일반주기명
Adviser: Ho Seok Park
Includes bibliographical reference(p. 48-53)
UCI식별코드
I804:11040-000000160971
DOI식별코드
소장기관
Despite high energy density, low-cost, and ecofriendly, rechargeable Zn-air batteries (ZABs) suffer from sluggish kinetics stability during oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) at the cathode. Herein, we demonstrate CoO nanoparticles anchored on N-doped reduced graphene oxide (CoO/N-rGO) with an excellent bifunctional catalytic activity and stability and facile redox kinetics of ORR and OER for high-performance rechargeable ZABs. The CoO/N-rGO catalysts are featured with the abundant active sites, a large accessible area, and high electrochemical conductivity, which are associated with increased oxygen vacancy surface, reduced valence, and mesoporous architecture. The halfwave potential (E1/2) and electron transfer number for ORR are 0.79 V and 3.72 at 0.40 V (vs. RHE), respectively, while OER potential at 10 mA cm-2 (Ej=10) is 1.61 V (vs. RHE). Remarkably, the ZAB cell with CoO/N-rGO achieves high specific capacity of 545 mAh gzn-1, power density of 41 mW cm-2, and cyclic stabilities with high energy efficiency of 64.44% at 2 mA cm-2. In addition, post-mortem analysis validates that the oxidation and aggregation of CoO/N-rGO catalyst is mitigated while the inactivation of Zn anode is inhibited.
더보기아연-공기 이차전지는 높은 에너지 밀도, 낮은 가격, 친환경적인 특징에도 불구하고 양극 촉매에서의 산소환원반응 (ORR)과 산소발생반응 (OER) 반응에 낮은 반응 속도와 안정성을 갖고 있습니다. ORR과 OER 두가지 반응에 높은 활성과 안정성을 갖는 전기화학촉매는 아연-공기 이차전지의 공기 전극 부분에 중요한 역할을 합니다. 현재 Pt/C, RuO2 같은 귀금속은 각각 ORR과 OER 반응에 뛰어난 성능을 띄지만 높은 비용과 수명 안정성 측면 때 문에 적용하기 어렵습니다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 코발트모노옥사이드 나노파티클과 질소도핑된 환원 그래핀 옥사이드 (CoO/N-rGO)를 통해 ORR과 OER 반응의 우수한 활성과 안정성 띄는 이기능성 촉매를 통해 고성능을 띄는 아연-공기 이차 전지를 구현했습니다. CoO/N-rGO 촉매는 풍부한 활성 범위와 넓은 반응 면적 그리고 높은 전기전도도를 특징으로 하며 이는 산소 공극 표면 증가와 원자가띠 감소 그리고 메조포어 구조와 관련이 있습니다. ORR 반응의 반파 전위 (E1/2)와 전자 전달 수는 0.4 V에서 0.79 V와 3.72를 나타냈습니다. 반면 전류밀도 10 mA cm-2 에서 OER 전압은 1.61 V (vs. RHE)를 나타냈습니다. 특히 CoO/N-rGO를 양극 촉매로 사용한 아연-공기 전지는 545 mAh gzn-1의 용량과 41 mW cm-2의 높은 출력 밀도, 2 mA cm-2의 전류밀도에서 64.44%의 높은 에너지 효율로 사이클 안정성을 보여줬습니다. 또한 사후 분석을 통해 CoO/N-rGO 촉매의 산화 및 응집이 완화되고 Zn metal 음극의 덴드라이트 형성이 억제된 특징을 보였습니다.
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