导读：本文报道了一种原位生长FeP/Fe2O3纳米颗粒的三维蜂窝氮/磷掺杂碳气凝胶材料。由该碳气凝胶组成的柔性水系可充电Zn空气电池，在20 mA cm -2的电流密度下，比容量为648mAh g -1，具有良好的柔性以及长期耐久性。
随着市场对可穿戴电子产品的需求的增长，开发灵活、可靠、能量密度高、使用寿命长的储能系统迫在眉睫。可充电锌空气电池(ZABs)由于其理论能量密度高，且具有安全、环保和成本低等优势，被认为是一种很有前途的可穿戴电子器件。因此，在过去的十多年里，人们对柔性ZABs，特别是正极空气电极进行了大量的研究。传统的空气电极是将催化剂粉末通过无活性的高分子粘结剂涂覆在平面碳布/纸上。但是由于纳米催化剂在与不活跃的聚合物结合和变形下的接触，导致了活性区域的损失。近年来，柔性ZABs自支撑空气电极的研究工作取得了很大进展，如电纺丝制备的碳基膜、电沉积碳布、或原位生长碳布等；但其纤维结构过于致密，导致空气/电解液渗透性差，空气扩散效率低，无法达到理想的电化学性能。另一方面，对于OER/ORR迫切需要开发低成本、高效、耐用的非贵金属基催化剂。近年来，有研究发现金属磷化物/氧化物偶联杂化碳的电催化剂表现出很大的ORR和/或OER性能。针对上述问题，华南理工大学彭新文教授团队报道了一种用于构建三维蜂窝纳米氮磷掺杂碳气凝胶的定向冻铸和退火方法并且原位生长FeP/Fe2O3纳米颗粒，将其作为柔性锌空气电池(ZAB)的正极。该工作以“An Iron-Decorated Carbon Aerogel for Rechargeable Flow and Flexible Zn-Air Batteries”为题，发表在国际顶刊《Advanced Materials》上。https:///10.1002/adma.202002292
在此工作中，作者通过定向冷冻铸造和后续退火的方法，构建了一种三维蜂窝纳米碳气凝胶作为双功能空气电极（FeP/Fe2O3@NPCA）。所获得的碳气凝胶在压缩和弯曲方面具有令人满意的机械稳定性，并且具有多孔结构，可有效地进行气体/电解质扩散和离子导电。得益于氧化铁/磷化物与N、p掺杂的碳纳米片的协同作用，该催化剂作为自支撑空气正极在传统的水系ZABs中具有优异的性能，在20mA cm -2的电流密度下，比容量为648mAh g -1。此外，由于没有碳纸/布和添加剂的使用，这样一个具有定向通道的可折叠的碳气凝胶可以作为一个自支撑的空气正极，应用于柔性固态锌空气电池，同样表现出良好的性能（比容量为676mAh·g-1，在5mA·cm-2电流密度下能量密度为517 Wh·kg-1），且良好的循环稳定性。这项工作为设计和合成高效的用于电化学储能器件的双功能空气电极提供了新的策略。（文：天航）
图1. FeP/Fe2O3@NPCA的制备及微观结构。
图2. ORR、OER及相应电化学测试。
图3. FeP/Fe2O3@NPCA组装模块锌空气电池性能测试。
图4. 以FeP/Fe2O3@NPCA作为独立空气电极的全固态可充电锌空气电池的性能。
