无机化学学报

核壳结构的Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt作为锂氧电池高效催化正极

Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt Core-Shell Arrays as Efficient Catalytic Cathode for Lithium-Oxygen Cells

作者	单位	E-mail
成浩	浙江大学材料科学与工程学院, 杭州 310027
谢健	浙江大学材料科学与工程学院, 杭州 310027 浙江省电池新材料与应用技术研究重点实验室, 杭州 310027	xiejian1977@zju.edu.cn
陈振	湖南立方新能源科技有限责任公司, 株洲 412000
涂健	湖南立方新能源科技有限责任公司, 株洲 412000
曹高劭	浙江省电池新材料与应用技术研究重点实验室, 杭州 310027
赵新兵	浙江大学材料科学与工程学院, 杭州 310027 浙江省电池新材料与应用技术研究重点实验室, 杭州 310027

摘要: 通过简易、可控的水热方法在泡沫镍基体上直接生长了核壳结构的阵列型Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt正极。阵列电极有利于电极的润湿、氧气的传输和Li₂O₂的负载。Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt正极对氧还原和氧析出反应具有高的催化性能，可促使Li₂O₂依附Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt阵列生长，从而保持阵列结构。该生长行为有利于Li₂O₂在充电时分解。以Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt为催化正极的锂氧电池显示出高的容量（在电流密度100 mA·g^-1时容量为2 480 mAh·g^-1），以及长的循环寿命（容量限定在500 mAh·g^-1时，在200 mA·g^-1电流密度下，可循环65次），该性能超过了使用Co₃O₄或Co₃O₄@δ-MnO₂催化剂的电池。

关键词: 锂氧电池电催化核壳阵列 Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt

基金项目: 国家自然科学基金（No.51572238）和湖南省战略新兴产业计划（No.2016GK4030）项目资助。

Abstract: A unique core-shell Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt arrays-type cathode on Ni foam has been fabricated by a facile, controlled hydrothermal approach. The array-type structure facilitates the electrode wetting and oxygen gas transport and supplies free volume for Li₂O₂ loading. The Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt cathode exhibits high catalytic effect for ORR and OER, where thin-layered Li₂O₂ shows conformal growth along the surface of the Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt arrays with the array-type structure remained. This growth behavior of Li₂O₂ renders easy decomposition of Li₂O₂ upon charge. Li-O₂ cells with Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt delivers a high discharge capacity (2 480 mAh·g^-1 at 100 mA·g^-1) and long cycle life (65 cycles at 200 mA·g^-1 with a limited capacity of 500 mAh·g^-1), which are better than those with Co₃O₄ or Co₃O₄@δ-MnO₂ cathodes.

Keywords: Li-O₂ cells electrocatalysis core-shell array Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt

投稿时间：2018-01-09 修订日期：2018-03-23

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成浩,谢健,陈振,涂健,曹高劭,赵新兵.核壳结构的Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt作为锂氧电池高效催化正极[J].无机化学学报,2018,34(6):1173-1182.

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