Ingeniería de defectos hacia Co–Nx–C atómico en grafeno jerárquico para baterías flexibles de Zn‐aire sólido recargables

La batería de Zn-aire sólido flexible recargable, con una alta densidad de energía teórica de 1086 Wh kg-1, se encuentra entre las tecnologías de energía más atractivas para la electrónica flexible y portátil del futuro; sin embargo, la aplicación práctica se ve gravemente obstaculizada por la lenta cinética de la reacción de reducción de oxígeno/reacción de evolución de oxígeno (ORR/OER) en el electrodo de aire. Materiales de carbono funcionalizados libres de metales preciosos se han demostrado ampliamente como los candidatos más prometedores, aunque aún carecen de una metodología sintética efectiva para sintetizar controladamente carbocatalizadores con sitios activos específicos. Este trabajo demuestra la utilización directa de los defectos estructurales intrínsecos en nanocarbono para generar sitios activos Co-Nx-C dispersos atómicamente a través de la ingeniería de defectos. Los catalizadores de grafeno tri-dopados Co/N/O fabricados exhiben sitios altamente activos y andamios porosos jerárquicos, mostrando actividades bifuncionales superiores de ORR/OER e impresionantes aplicaciones en baterías de Zn-aire recargables. Específicamente, cuando se integran en una batería de Zn-aire sólido flexible recargable, se logran un alto voltaje en circuito abierto de 1.44 V, un voltaje de descarga estable de 1.19 V y una alta eficiencia energética del 63% a 1.0 mA cm-2, incluso bajo flexión. La estrategia de ingeniería de defectos proporciona un nuevo concepto y una metodología efectiva para la plena utilización de materiales de nanocarbono con diversas características estructurales y el desarrollo posterior de materiales de energía avanzados.