钜大LARGE | 点击量：700次 | 2021年12月13日
新型复合催化剂 可有效提升MAB电池充放电性能
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。
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GuntaeKim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。
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。
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ArimSeong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。”
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
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。”
什么是金属空气电池？
金属-空气电池是以电极电位较负的金属如镁、铝、锌、汞、铁等作负极，以空气中的氧或纯氧作正极的活性物质。锌-空气电池在金属-空气电池系列中是研究最多且已广泛应用的一种电池，近20年来围绕二次锌-空气电池科学家做了大量的研究。日本三洋公司已制出大容量的二次锌-空气电池，采用空气和电液受力循环的办法，研制出电压为125V容量为560A·h的牵引车用的锌-空气电池。据报道已在车辆上应用，其放电电流密度可达80mA/cm2，最高可达130mA/cm2。法国及日本的一些公司采用循环锌浆的办法制成锌-空气二次电流，活性物质的恢复在电池外部进行，其实际比能量达115W·h/kg。
近年，作为一种新型电池，以锂空气电池为代表的金属空气电池越来越多地获得研发人员和市场相关者的瞩目。如果这种电池能过研发成功，将大幅度提高车载电池的性能，使电动车的续航能力达到或超过现有汽油、柴油发动机车的水准。
如果金属空气电池的研究能够取得突破，在与内燃机动力车以及燃料电池车的续航历程竞争中，目前处于劣势的电动车将会脱颖而出。而空气电池将会取代目前主流的锂离子电池，一举登上霸主地位。
目前国外已经有公司推出了金属空气电池，可以彻底改变清洁能源生产方式，该电池技术利用石墨烯材料实现电池的商业可行性和经济性。传统的锂离子电池储存能量，而不产生能量。按照市场上某种电动汽车为例，一辆电动汽车续航里程达100至150公里，充电需要5至6个小时。但是金属空气电池技术可将电池能量密度提高十倍，几分钟内将该电池金属更换好后，电动汽车续航里程可超过1000公里。
石墨烯金属电池技术通过产生能量继续汽车的行驶，基本可实现完全清洁、零排放，是真正的环保技术，解决了电动汽车的“续航里程焦虑”问题。
当然该项技术目前在实际应用上仍有不足之处，比如电池金属外壳笨重，占据汽车整个后座等问题。
无论从经济效益还是用户的使用习惯看，将空气电池作为充电电池使用，应该是最有市场潜力的。但是，目前限于电极材料和电解质问题，空气电池的研发工作仍然任重道远。
如果将空气电池作为充电电池使用，目前存在着以下的问题：
1.需要提高电池的耐久性
如上所述，锌曾被认为是一种较好的可用来充当空气电池阴极的材料，可是在重复进行充放电的过程中，阴极的形状会因形成枝状结晶而变形，并带来电池性能的恶化。
另一方面，如何解决还原氧气这种活泼物质对阳极的腐蚀，也是目前研究的重要方向。
2.需要提高电池的稳定性
空气电池的阳极由于暴露于空气中，所以很容易受到空气的温度、湿度和二氧化碳浓度的影响。空气吸取过度，则会引起电解液的干燥；而空气吸取太少，则电池内化学反应速度下降，导致电池性能的低下。
从原理上看，空气电池是一种开放状态的结构。所以，解决这类看似矛盾的问题，也成为左右空气电池发展进程的重要课题。
