Ny katalysator giver et boost til næste generations EV-batterier

Metal-luft-batterier (MAB'er), som bruger ilt fra den omgivende luft som ressourcer til at lagre og omdanne energi, har fået stor opmærksomhed for deres potentielle brug i elektriske køretøjer (EV'er) på grund af deres store lagerkapacitet, let vægt, og overkommelighed. Et forskerhold, tilknyttet UNIST har annonceret, at en ny katalysator, der kan øge MAB-ydelsen, såsom udledning og ladeeffektivitet, blev udviklet for nylig.

Et forskerhold, ledet af professor Guntae Kim fra School of Energy and Chemical Engineering ved UNIST, har afsløret en ny sammensat katalysator, der effektivt kan forbedre lade-udledningsydelsen, når den anvendes på MAB'er. Det er en form for meget tyndt lag af metaloxidfilm aflejret på en overflade af perovskitkatalysatorer, og dermed øger grænsefladen naturligt dannet mellem de to katalysatorer den nye katalysators samlede ydeevne og stabilitet.

Metal-luft-batterier (MAB'er), hvor ilt fra atmosfæren reagerer med metaller for at generere elektricitet, er en af ​​de letteste og mest kompakte typer batterier. De er udstyret med anoder lavet af rene metaller (dvs. lithium, zink, magnesium, og aluminium) og en luftkatode, der er forbundet med en uudtømmelig luftkilde. På grund af deres høje teoretiske energitæthed, MAB'er er blevet betragtet som en stærk kandidat til næste generations elektriske køretøjer. De nuværende MAB'er bruger sjældne og dyre metalkatalysatorer til deres luftelektroder, såsom platin (Pt). Dette har hindret dets yderligere kommercialisering på markedet. Som et alternativ, perovskitkatalysatorer, der udviser fremragende katalytisk ydeevne, er blevet foreslået, alligevel eksisterer der lave aktiveringsbarrierer.

Professor Kim har løst dette problem med en ny kompositkatalysator, der kombinerer to typer katalysatorer, som hver udviste fremragende præstationer i ladnings- og udledningsreaktioner. Metalkatalysatoren (cobaltoxid), som klarer sig godt ved opladning, aflejres på et meget tyndt lag oven på den manganbaserede perovskitkatalysator (LSM), som klarer sig godt ved afladning. Som resultat, den synergistiske effekt af de to katalysatorer blev optimal, da deponeringsprocessen blev gentaget 20 gange.

"Under de gentagne afsætnings- og oxidationscyklusser af atomlagaflejringsprocessen (ALD), Mn-kationerne diffunderer ind i Co ₃ O ₄ fra LSM, og derfor, LSM-20-Co-katalysatoren er sammensat af LSM indkapslet med det selvrekonstruerede spinel-mellemlag (Co ₃ O ₄ /MnCo ₃₂ O ₄ /LSM), " siger Arim Seong (kombineret M.S/Ph.D. i energi og kemiteknik, UNIST), undersøgelsens første forfatter. "Og dette har øget den katalytiske aktivitet af hybridkatalysatoren, LSM-20-Co, fører til overlegen bifunktionel elektrokemisk ydeevne for ORR og OER i alkaliske opløsninger."

"Så vidt vi ved, dette er den første undersøgelse, der undersøger det selvrekonstruerede mellemlag induceret af in-situ kationsdiffusionen under ALD-processen til at designe en effektiv og stabil bifunktionel katalysator til alkaliske zink-luft-batterier, " ifølge forskerholdet.

"Vores resultater giver den rationelle designstrategi for et selvrekonstrueret mellemlag til effektiv elektrokatalysator, " siger professor Kim. "Derfor, dette arbejde kan give indsigt i den rationelle designstrategi for metaloxid med perovskitmaterialer."