Metaal-luchtbatterijen (MAB's), die zuurstof uit de omgevingslucht gebruiken als toevlucht om energie op te slaan en om te zetten, hebben veel aandacht gekregen voor hun potentieel gebruik in elektrische voertuigen (EV's) vanwege hun grote opslagcapaciteit, lichtgewicht, en betaalbaarheid. Een onderzoeksteam, aangesloten bij UNIST heeft aangekondigd dat een nieuwe katalysator die de MAB-prestaties zou kunnen verbeteren, zoals ontladings- en laadefficiëntie, is recent ontwikkeld.

Een onderzoeksteam, onder leiding van professor Guntae Kim in de School of Energy and Chemical Engineering van UNIST, heeft een nieuwe composietkatalysator onthuld die de laad-ontlaadprestaties efficiënt zou kunnen verbeteren bij toepassing op MAB's. Het is een vorm van een zeer dunne laag metaaloxidefilms die is afgezet op een oppervlak van perovskietkatalysatoren, en dus verbetert het natuurlijk gevormde grensvlak tussen de twee katalysatoren de algehele prestatie en stabiliteit van de nieuwe katalysator.

Metaal-luchtbatterijen (MAB's), waarin zuurstof uit de atmosfeer reageert met metalen om elektriciteit op te wekken, zijn een van de lichtste en meest compacte soorten batterijen. Ze zijn uitgerust met anodes die gemaakt zijn van zuivere metalen (d.w.z. lithium, zink, magnesium, en aluminium) en een luchtkathode die is aangesloten op een onuitputtelijke luchtbron. Vanwege hun hoge theoretische energiedichtheid, MAB's worden beschouwd als een sterke kandidaat voor elektrische voertuigen van de volgende generatie. De momenteel bestaande MAB's gebruiken zeldzame en dure metaalkatalysatoren voor hun luchtelektroden, zoals platina (Pt). Dit heeft de verdere commercialisering ervan op de markt belemmerd. Als een alternatief, perovskietkatalysatoren die uitstekende katalytische prestaties vertonen zijn voorgesteld, toch bestaan ​​er lage activeringsdrempels.

Professor Kim heeft dit probleem opgelost met een nieuwe composietkatalysator die twee soorten katalysatoren combineert, die elk uitstekende prestaties vertoonden bij laad- en ontlaadreacties. De metaalkatalysator (kobaltoxide), die goed presteert bij het opladen, wordt afgezet op een zeer dunne laag bovenop de op mangaan gebaseerde perovskietkatalysator (LSM), die goed presteert bij ontlading. Als resultaat, het synergetische effect van de twee katalysatoren werd optimaal wanneer het depositieproces 20 keer werd herhaald.

"Tijdens de herhaalde depositie- en oxidatiecycli van het atomaire laagafzettingsproces (ALD), de Mn-kationen diffunderen in Co ₃ O ₄ van LSM, en daarom, de LSM-20-Co-katalysator is samengesteld uit LSM ingekapseld met de zelf-gereconstrueerde spinel-tussenlaag (Co ₃ O ₄ /MnCo ₃₂ O ₄ /LSM), ", zegt Arim Seong (gecombineerde MS/Ph.D. of Energy and Chemical Engineering, EENHEID), de eerste auteur van de studie. "En dit heeft de katalytische activiteit van de hybride katalysator verbeterd, LSM-20-Co, wat leidt tot superieure bifunctionele elektrochemische prestaties voor de ORR en de OER in alkalische oplossingen."

"Voor zover wij weten, dit is de eerste studie om de zelf-gereconstrueerde tussenlaag te onderzoeken die wordt geïnduceerd door de in-situ kation diffusie tijdens het ALD-proces voor het ontwerpen van een efficiënte en stabiele bifunctionele katalysator voor alkalische zink-luchtbatterijen, ", aldus het onderzoeksteam.

"Onze bevindingen bieden de rationele ontwerpstrategie van een zelf-gereconstrueerde tussenlaag voor een efficiënte elektrokatalysator, ", zegt professor Kim. "Daarom, dit werk kan inzicht verschaffen in de rationele ontwerpstrategie van metaaloxide met perovskietmaterialen."