Schematisk illustration av det självrekonstruerade mellanskiktet i LSM-20-Co härlett genom in-situ Mn-diffusion via upprepade atomskiktsavsättningscykler. Kredit:UNIST
Metall-luft-batterier (MAB), som använder syre från omgivande luft som resurser för att lagra och omvandla energi, har fått stor uppmärksamhet för sin potentiella användning i elfordon (EV) på grund av sin stora lagringskapacitet, lättvikt, och överkomliga priser. Ett forskarlag, knuten till UNIST har meddelat att en ny katalysator som kan öka MAB-prestanda, såsom urladdning och laddningseffektivitet, utvecklades nyligen.
Ett forskarlag, ledd av professor Guntae Kim vid School of Energy and Chemical Engineering vid UNIST, har avslöjat en ny kompositkatalysator som effektivt kan förbättra laddnings-urladdningsprestanda när den appliceras på MAB. Det är en form av mycket tunt lager av metalloxidfilmer avsatta på en yta av perovskitkatalysatorer, och sålunda förbättrar gränsytan naturligt bildad mellan de två katalysatorerna den totala prestandan och stabiliteten hos den nya katalysatorn.
Metall-luft-batterier (MAB), där syre från atmosfären reagerar med metaller för att generera elektricitet, är en av de lättaste och mest kompakta typerna av batterier. De är utrustade med anoder gjorda av rena metaller (dvs litium, zink, magnesium, och aluminium) och en luftkatod som är ansluten till en outtömlig luftkälla. På grund av deras höga teoretiska energitäthet, MAB har ansetts vara en stark kandidat för nästa generations elfordon. De för närvarande befintliga MAB:erna använder sällsynta och dyra metallkatalysatorer för sina luftelektroder, såsom platina (Pt). Detta har hindrat dess ytterligare kommersialisering på marknaden. Som ett alternativ, perovskitkatalysatorer som uppvisar utmärkt katalytisk prestanda har föreslagits, ändå finns det låga aktiveringsbarriärer.
Professor Kim har löst detta problem med en ny kompositkatalysator som kombinerar två typer av katalysatorer, som var och en visade utmärkt prestanda i laddnings- och urladdningsreaktioner. Metallkatalysatorn (koboltoxid), som fungerar bra vid laddning, avsätts på ett mycket tunt lager ovanpå den manganbaserade perovskitkatalysatorn (LSM), som fungerar bra vid urladdning. Som ett resultat, den synergistiska effekten av de två katalysatorerna blev optimal när avsättningsprocessen upprepades 20 gånger.
"Under de upprepade avsättnings- och oxidationscyklerna i atomskiktsavsättningsprocessen (ALD), Mn-katjonerna diffunderar in i Co 3 O 4 från LSM, och därför, LSM-20-Co-katalysatorn är sammansatt av LSM inkapslad med det självrekonstruerade spinellmellanskiktet (Co 3 O 4 /MnCo 32 O 4 /LSM), " säger Arim Seong (kombinerad M.S/Ph.D. of Energy and Chemical Engineering, UNIST), studiens första författare. "Och detta har förbättrat den katalytiska aktiviteten hos hybridkatalysatorn, LSM-20-Co, vilket leder till överlägsna bifunktionella elektrokemiska prestanda för ORR och OER i alkaliska lösningar."
"Som vi förstår det, detta är den första studien för att undersöka det självrekonstruerade mellanskiktet som induceras av in-situ kationsdiffusionen under ALD-processen för att designa en effektiv och stabil bifunktionell katalysator för alkaliska zink-luftbatterier, " enligt forskargruppen.
"Våra resultat ger den rationella designstrategin för ett självrekonstruerat mellanskikt för effektiv elektrokatalysator, " säger professor Kim. "Därför, detta arbete kan ge insikt i den rationella designstrategin för metalloxid med perovskitmaterial."
