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韩国推出新型复合催化剂 有效提升 MAB 电池的充放电性能
贤集网 / 邢岫烟 / 2020-03-25 09:34:11
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3月24日,据外媒报道,韩国蔚山国家科学技术研究所(UNIST)能源与化学工程学院 Guntae Kim 教授领导的研究团队,推出新型复合催化剂,有效提升 MAB 电池的充放电性能。他们将极薄的金属氧化物薄膜沉积在钙钛矿催化剂表面,通过两种催化剂之间自然形成的界面,提高新催化剂的整体性能和稳定性。

金属空气电池(MAB)具有储能高、重量轻、价格低廉等优点,被视为重要的电动汽车潜在应用技术。最近,韩国蔚山国家科学技术研究所(UNIST)下属的研究小组开发了一种新催化剂,可以提高 MAB 电池的性能,比如充放电效率。

MAB 是最轻、最紧凑的电池之一,采用由纯金属制成的负极,如锂、锌、镁和铝,以及空气正极,通过大气中的氧气与金属发生反应来产生电流。目前,MAB 电池采用铂等贵金属作为催化剂,虽然催化效果较好,但是成本太高,使其商业化应用受到阻碍。与此同时,作为替代的钙钛矿催化剂,表现出良好的催化性能,但是激活率较低。

由于其高的理论能量密度,MAB被认为是下一代电动汽车的强大候选产品。当前存在的MAB将稀有且昂贵的金属催化剂用于其空气电极,例如铂(Pt)。

这阻碍了其进一步商业化进入市场。作为替代方案,已经提出了表现出优异的催化性能的钙钛矿催化剂,但是存在低的活化势垒。

金教授通过结合两种催化剂的新型复合催化剂解决了这一问题,每种催化剂在充放电反应中均表现出出色的性能。

在充电中表现良好的金属催化剂(氧化钴)沉积在锰基钙钛矿催化剂(LSM)顶部的非常薄的层上,后者在放电中表现良好。结果,当沉积过程重复20次时,两种催化剂的协同作用变得最佳。

“在原子层沉积(ALD)过程的反复沉积和氧化循环中,Mn阳离子从LSM 扩散到Co 3 O 4中,因此,LSM-20-Co催化剂由LSM封装而成,该LSM被自重构尖晶石中间层(Co 3 O 4 / MnCo 32 O 4 / LSM)。”

研究的第一作者Arim Seong(UNIST能源与化学工程组合MS / Ph.D。)说:“而且这增强了混合催化剂LSM-20-Co的催化活性,从而导致ORR和OER在碱性溶液中具有出色的双功能电化学性能。”

“据我们所知,这是第一个研究在ALD过程中由原位阳离子扩散引起的自重构中间层的研究,目的是设计一种用于碱性锌-空气电池的高效稳定的双功能催化剂。”研究团队。

金教授说:“我们的发现为高效电催化剂的自重构中间层提供了合理的设计策略。” “因此,这项工作可以为钙钛矿材料金属氧化物的合理设计策略提供见识。”

Kim 教授将两种催化剂组合在一起,使其形成新型复合催化剂,解决这一问题。在充放电反应中,每种催化剂都表现出了优异的性能。 充电性能良好的金属催化剂(钴氧化物),被沉积在非常薄的锰基钙钛矿催化剂(LSM)层体上,而 LSM 的放电性能很好。结果表明,当沉积过程重复 20 次时,两种催化剂的协同效应达到最佳。

本项研究首席作者 Arim Seong 表示:" 在原子层沉积(ALD)过程中,经过反复沉积和氧化循环,锰离子从 LSM 扩散到 Co3O4。因此,LSM 和自重建尖晶石夹层(Co3O4/MnCo32O4/LSM)构成 LSM-20- co 催化剂,从而增强 LSM-20-Co 混合催化剂的催化活性,使得 ORR 和 OER 在碱性溶液中的双功能电化学性能更优越。"

研究小组称:" 据我们所知,本次研究首次涉及在 ALD 过程中由原位阳离子扩散形成的自重构中间层,为碱性锌空气电池设计出高效稳定的双功能催化剂。"

Kim 教授表示:" 我们的研究成果为高效电催化剂提供了自重构中间层的合理设计策略。因此,此项研究工作可为合理设计钙钛矿材料金属氧化物提供参考。"

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