柔性可穿戴式可充电电池作为可再生和清洁能源技术已引起了科学和工程界的广泛关注。特别是，与其他能源供应设备（例如锂电池和其他基于Zn的电池）相比，柔性Zn-空气电池（ZAB）具有独特的优势，较高的理论能量密度（1086 Wh kg^-1），竞争成本，操作安全性和环境友好性。最近，将新型固体电解质与高效电催化剂结合使用，可组装具有优异的低温适应性和电化学性能的ZAB，从而为下一代柔性电子产品设计了耐低温的柔性ZAB。然而，为了实现未来的商业化，需要解决柔性ZAB的可再充电性和能量转换效率差的问题，这主要是由于空气正极中的氧气反应动力学迟缓。为了克服这些障碍，必须探索一种用于氧还原反应（ORR）和氧释放反应（OER）的高性能电催化。

最近，暨南大学Zilong Wang和Shaozao Tan教授课题组和香港城市大学Zonglong Zhu教授课题组合作合成了具有强Ni/Co-F键的NiCo₂O₄纳米晶体-MXene杂化物。制备的基于MXene的复合材料表现出优异的ORR和OER电催化活性。这是报道的MXene基柔性空气ZAB正极的最佳性能，可与某些贵金属催化剂相比较。此外，即使在切割和缝合后，柔性固态ZAB装置仍可定制，并具有很高的性能。

该成果发表在国际知名学术期刊 ACS Applied Materials & Interfaces，题目为Strongly Coupled NiCo₂O₄ Nanocrystals-MXene Hybrid through in-situ Ni/Co-F Bonds for Efficient Wearable Zn-Air Batteries

流程图1. NiCo₂O₄ / MXene的制备示意图

图1. NiCo₂O₄ / MXene复合材料的物理表征

图2. NiCo₂O₄ / MXene复合材料的电催化性能

图3. NiCo₂O₄ / MXene复合材料在液态ZAB中性能

图4.柔性ZAB示意图及性能

本文采用原位锚定的方法在少层MXene框架上制备了NiCo₂O₄/MXene双功能电催化剂。NiCo₂O₄纳米晶体可以通过Ni/Co-F键生长，该键充当ORR和OER的电催化位。通过NEXAFS证明了Ni/Co-F键带来了电子云迁移的协同效应。由于协同作用，电催化剂表现出增强的亲水性和出色的ORR / OER双功能活性，与贵金属基催化剂相近。基于NiCo₂O₄/MXene正极的充电液体ZAB表现出峰值功率密度277 mWcm^-2的PPD和超过1000次充放电循环的长期耐久性，是已报道的MXene基的液态ZAB的最佳性能。使用NiCo₂O₄/ MXene空气正极的可穿戴ZAB提供高开路电压Voc（1.4 V），超高峰值功率密度PPD（55.1mW cm^-2）和100个循环的出色稳定性。此外，我们的可穿戴ZAB在经过碳纤维裁剪和缝制后，可以保持与最初的性能相似，当两台设备串联时，可以在多种操作条件下轻松点亮48个红色led指示灯。我们目前的工作不仅说明了基于MXene的双功能ORR/OER催化剂在可穿戴ZABs的实际应用中是有效和成功的，而且也为MXene基材料用于其他储能设备开辟了一条新途径。

文献链接：

DOI:10.1021/acsami.0c11185