基于电纺多孔碳纳米纤维包覆碳化铁的柔性可穿戴全固态铝空气电池

　　近年来，能够产生多种机械形变的柔性可穿戴电子设备备受关注，同时，这些器件还要求具有较高的储能能力和可靠性。目前，柔性金属空气电池由于其高能量密度、良好的安全性和低成本被广泛认为是下一代高效储能系统之一。特别是铝空气(Al-air)电池理论能量密度为2796 Wh kg-1，铝电极的理论容量可达2980mA h g-1，是满足高性能便携式电子器件能量和机械柔性双重挑战的潜在候选者之一。但是，传统的铝-空气电池采用液态电解质和刚性电极，不能满足柔性可穿戴电子产品的机械轻量化要求。
　　近日，新加坡国立大学研究者采用静电纺丝技术构建了氮掺杂碳纳米纤维包覆Fe3C催化剂(Fe3C@N-CFs)，并探究了制备全固态铝空气电池中空气正极独特的host-guest模型。固态电解质电池在1.61V下8小时放电性能稳定，工作时间长，稳定性高。采用含Fe金属有机骨架(Fe-MOFs)的聚丙烯腈(PAN)前驱液经过电纺丝法和高温可控热解得到Fe3C@N-CFs催化剂。合成的材料将与高度石墨化的电纺纳米纤维和MOF衍生的催化纳米相结合。其中，Fe-MOFs的使用提高了比表面积、介孔率和纳米结晶度，而电纺纳米纤维促进交联多孔网络形貌结构的形成。研究表明，催化剂由于其多功能组分、良好的形貌结构和高导电性等优点显著提高了ORR活性。相关研究成果以＂Flexible and Wearable All-Solid-State Al-Air Battery Based on Iron Carbide Encapsulated in Electrospun Porous Carbon Nanofibers＂为题发表于国际著名期刊 ACS Applied materials & interfaces（IF=8.097）。
　　图1 Fe3C@N-CFs制备过程示意图。
　　图2 (a) 固态铝空气电池的电流密度和功率密度；(b)固态铝空气电池在1.5 V下的阻抗曲线；(c)在电流密度为1mA cm-2时的放电曲线；(d) Al-air电池的光学照片，Fe3C@NCFs空气正极显示其平面和弯曲状态下的开路电位；(e-f) LED手表采用固态铝空气电池(Fe3C@N-CFs空气正极)作为表带。
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