Illustrazione schematica dell'intercalare auto-ricostruito in LSM-20-Co derivato dalla diffusione di Mn in situ tramite ripetuti cicli di deposizione di strati atomici. Credito:UNIST
batterie metallo-aria (MAB), che utilizzano l'ossigeno dell'aria ambiente come risorsa per immagazzinare e convertire energia, hanno ricevuto una notevole attenzione per il loro potenziale utilizzo nei veicoli elettrici (EV) a causa della loro grande capacità di stoccaggio, peso leggero, e convenienza. Un gruppo di ricerca, affiliato con UNIST ha annunciato che un nuovo catalizzatore che potrebbe aumentare le prestazioni di MAB, come l'efficienza di scarica e di carica, è stato sviluppato di recente.
Un gruppo di ricerca, guidato dal professor Guntae Kim nella School of Energy and Chemical Engineering dell'UNIST, ha svelato un nuovo catalizzatore composito che potrebbe migliorare in modo efficiente le prestazioni di carica-scarica quando applicato ai MAB. È una forma di strato molto sottile di film di ossido metallico depositati su una superficie di catalizzatori di perovskite, e quindi l'interfaccia naturalmente formata tra i due catalizzatori migliora le prestazioni complessive e la stabilità del nuovo catalizzatore.
batterie metallo-aria (MAB), in cui l'ossigeno dell'atmosfera reagisce con i metalli per generare elettricità, sono uno dei tipi di batterie più leggeri e compatti. Sono dotati di anodi costituiti da metalli puri (es. litio, zinco, magnesio, e alluminio) e un catodo ad aria che è collegato ad una fonte d'aria inesauribile. A causa della loro elevata densità di energia teorica, I MAB sono stati considerati un forte candidato per i veicoli elettrici di prossima generazione. I MAB attualmente esistenti utilizzano catalizzatori metallici rari e costosi per i loro elettrodi ad aria, come il platino (Pt). Ciò ha ostacolato la sua ulteriore commercializzazione sul mercato. In alternativa, sono stati proposti catalizzatori perovskite che mostrano eccellenti prestazioni catalitiche, tuttavia esistono basse barriere di attivazione.
Il professor Kim ha risolto questo problema con un nuovo catalizzatore composito che combina due tipi di catalizzatori, ognuno dei quali ha mostrato eccellenti prestazioni nelle reazioni di carica e scarica. Il catalizzatore metallico (ossido di cobalto), che si comporta bene nella ricarica, si deposita su uno strato molto sottile sopra il catalizzatore perovskite a base di manganese (LSM), che si comporta bene in scarico. Di conseguenza, l'effetto sinergico dei due catalizzatori è diventato ottimale quando il processo di deposizione è stato ripetuto 20 volte.
"Durante i ripetuti cicli di deposizione e ossidazione del processo di deposizione di strati atomici (ALD), i cationi Mn diffondono in Co 3 oh 4 di LSM, e quindi, il catalizzatore LSM-20-Co è composto da LSM incapsulato con l'interstrato di spinello auto-ricostruito (Co 3 oh 4 /MnCo 32 oh 4 /LSM), " dice Arim Seong (M.S/Ph.D. Combinato di Ingegneria Energetica e Chimica, UNISTA), il primo autore dello studio. "E questo ha potenziato l'attività catalitica del catalizzatore ibrido, LSM-20-Co, portando a prestazioni elettrochimiche bifunzionali superiori per l'ORR e l'OER in soluzioni alcaline."
"Al meglio delle nostre conoscenze, questo è il primo studio a indagare l'interstrato auto-ricostruito indotto dalla diffusione di cationi in situ durante il processo ALD per la progettazione di un catalizzatore bifunzionale efficiente e stabile per batterie alcaline zinco-aria, "Secondo il gruppo di ricerca.
"I nostri risultati forniscono la strategia di progettazione razionale di un intercalare auto-ricostruito per un efficiente catalizzatore elettrico, "dice il professor Kim. "Pertanto, questo lavoro può fornire informazioni sulla strategia di progettazione razionale dell'ossido di metallo con materiali in perovskite".
