新型催化剂为下一代电动汽车电池提供了动力

 
通过重复的原子层沉积循环通过原位Mn扩散获得的LSM-20-Co中自重构中间层的示意图。 UNIST金属空气电池(MAB)使用周围空气中的氧气作为存储和转换能量的手段，由于其巨大的存储容量，重量轻且价格适中，因此在电动汽车(EV)中的潜在用途受到了广泛关注。隶属于UNIST的研究小组宣布，最近开发了一种新型催化剂，可以提高MAB的性能，例如放电和充电效率。
由UNIST能源与化学工程学院的Guntae Kim教授领导的研究小组推出了一种新型复合催化剂，该催化剂可在应用于MAB时有效地提高充放电性能。它是沉积在钙钛矿催化剂表面上非常薄的金属氧化物膜层的一种形式，因此两种催化剂之间自然形成的界面增强了新催化剂的整体性能和稳定性。
金属空气电池(MAB)是最轻便，最紧凑的电池之一，其中大气中的氧气与金属发生反应以产生电能。它们配有由纯金属(即锂，锌，镁和铝)制成的阳极，以及连接到取之不尽的气源的空气阴极。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)过程的重复沉积和氧化循环过程中，Mn阳离子从LSM扩散到Co3O4中，因此LSM-20-Co催化剂由LSM包裹，该LSM包裹有自重构尖晶石中间层( Co3O4 / MnCo32O4 / LSM)，”该研究的第一作者Arim Seong(UNIST能源与化学工程组合硕士/博士学位)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。”