Web of Science: 121 cites, Scopus: 128 cites, Google Scholar: cites,
A CrMnFeCoNi high entropy alloy boosting oxygen evolution/reduction reactions and zinc-air battery performance
He, Ren (Institut de Recerca en Energia de Catalunya)
Yang, Linlin (Institut de Recerca en Energia de Catalunya)
Zhang, Yu (Pennsylvania State University. Department of Materials Science and Engineering)
Wang, Xiang (Institut de Recerca en Energia de Catalunya)
Lee, Seungho (IST Austria)
Zhang, Ting (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Li, Lingxiao (Zhengzhou University)
Liang, Zhifu (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Chen, Jingwei (Hebei University)
Li, Junshan (Chengdu University)
Ostovari Moghaddam, Ahmad (South Ural State University)
Llorca, Jordi (Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Química)
Ibáñez, Maria (Institute of Science and Technology Austria)
Arbiol i Cobos, Jordi (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Xu, Ying (Hebei University)
Cabot i Codina, Andreu (Institut de Recerca en Energia de Catalunya)

Data: 2023
Resum: The development of cost-effective, high-activity and stable bifunctional catalysts for the oxygen reduction and evolution reactions (ORR/OER) is essential for zinc-air batteries (ZABs) to reach the market. Such catalysts must contain multiple adsorption/reaction sites to cope with the high demands of reversible oxygen electrodes. Herein, we propose a high entropy alloy (HEA) based on relatively abundant elements as a bifunctional ORR/OER catalyst. More specifically, we detail the synthesis of a CrMnFeCoNi HEA through a low-temperature solution-based approach. Such HEA displays superior OER performance with an overpotential of 265 mV at a current density of 10 mA/cm, and a 37. 9 mV/dec Tafel slope, well above the properties of a standard commercial catalyst based on RuO. This high performance is partially explained by the presence of twinned defects, the incidence of large lattice distortions, and the electronic synergy between the different components, being Cr key to decreasing the energy barrier of the OER rate-determining step. CrMnFeCoNi also displays superior ORR performance with a half-potential of 0. 78 V and an onset potential of 0. 88 V, comparable with commercial Pt/C. The potential gap (Egap) between the OER overpotential and the ORR half-potential of CrMnFeCoNi is just 0. 734 V. Taking advantage of these outstanding properties, ZABs are assembled using the CrMnFeCoNi HEA as air cathode and a zinc foil as the anode. The assembled cells provide an open-circuit voltage of 1. 489 V, i. e. 90% of its theoretical limit (1. 66 V), a peak power density of 116. 5 mW/cm, and a specific capacity of 836 mAh/g that stays stable for more than 10 days of continuous cycling, i. e. 720 cycles @ 8 mA/cm and 16. 6 days of continuous cycling, i. e. 1200 cycles @ 5 mA/cm.
Ajuts: Agencia Estatal de Investigación PID2019-105490RB-C32
Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2021/SGR-01581
Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2021/SGR-00457
Agencia Estatal de Investigación SEV-2017-0706
Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2017/SGR-327
Agencia Estatal de Investigación PID2020-116093RB-C43
Agencia Estatal de Investigación PID2021-124572OB-C31
Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2017/SGR-128
Ministerio de Economía y Competitividad SEV-2013-0295-17-1
Ministerio de Ciencia e Innovación CEX2021-001214-S
Nota: Altres ajuts: CERCA Programme/Generalitat de Catalunya ; This study was supported by MCIN with funding from European Union NextGenerationEU (PRTR-C17.I1) and Generalitat de Catalunya
Drets: Aquest material està protegit per drets d'autor i/o drets afins. Podeu utilitzar aquest material en funció del que permet la legislació de drets d'autor i drets afins d'aplicació al vostre cas. Per a d'altres usos heu d'obtenir permís del(s) titular(s) de drets.
Llengua: Anglès
Document: Article ; recerca ; Versió sotmesa a revisió
Publicat a: Energy storage materials, Vol. 58 (April 2023) , p. 287-298, ISSN 2405-8297

DOI: 10.1016/j.ensm.2023.03.022


Preprint
30 p, 4.5 MB

El registre apareix a les col·leccions:
Documents de recerca > Documents dels grups de recerca de la UAB > Centres i grups de recerca (producció científica) > Ciències > Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2)
Articles > Articles de recerca
Articles > Articles publicats

 Registre creat el 2024-10-17, darrera modificació el 2025-12-05



   Favorit i Compartir