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傳統鋰電迎來新挑戰新工藝解決鋰空氣電池關鍵瓶頸

傳統鋰電迎來新挑戰新工藝解決鋰空氣電池關鍵瓶頸

2023-06-28 Comments 0 Comment

隨著全球變暖的加劇,減少對化石燃料的依賴並轉向可持續的綠色能源已成為當務之急。電動汽車就是這一過程的“關鍵一步”。然而,電動汽車需要高能量密度的電池才能更好地工作,而傳統的鋰離子電池在這方面已略顯疲態。

理論上,鋰空氣電池比鋰離子電池能提供更高的能量密度。然而,在實際應用之前,這些電池需要提高能效,提高循環特性,降低氧化還原反應充放電所需的過電位。

為了解決這些問題,需要一種合適的催化劑來加速電池內部的析氧反應(OER)。OER是一種極其重要的化學反應,涉及到水的分解,可以提高電池的性能。稀有和昂貴的貴金屬氧化物如釕氧化物(RuO2)和銥氧化物(IrO2),通常被用作加速金屬-空氣電池OER的催化劑。

更便宜的催化材料包括過渡金屬,如鈣鈦礦型氧化物和氫氧化物,它們對OER具有高活性。CoSn(OH)6(CSO)就是一種鈣鈦礦型氫氧化物,是一種很有前途的OER催化劑。然而,目前合成CSO的方法十分緩慢——需要超過12小時,而且還需要多個步驟。

日本芝浦工業大學(Shibaura Institute of Technology)最近在這方面取得了突破。他們僅用了一個步驟、且在20分鐘內就合成了CSO。據悉,該團隊使用了溶液等離子體工藝,這是一種在非熱反應領域合成材料的尖端方法。

最新研究成果已於近期發表在了《可持續能源與燃料》雜誌上。該團隊使用X射線衍射儀顯示,通過將PH值調整到大於10到12的值,可以從前體溶液合成高度結晶的CSO。通過透射電子顯微鏡,他們進一步注意到CSO晶體呈立方體形狀,尺寸約為100-300納米。

此外,該團隊還使用電化學方法研究了CSO作為OER催化劑的特性。他們觀察到,在電流密度為10 mA/cm2時,合成的CSO具有350 mV的過電位。在pH12下合成的CSO在所有合成樣品中具有最好的催化性能。

而且,根據研究人員的說法,該樣品的催化性能甚至比商業級的RuO2還要好。總的來說,上述研究首次描述了一種簡單高效的合成CSO的方法,為開發新一代鋰空氣電池鋪平了道路。

“合成的CSO對OER表現出優異的電催化性能。我們希望鈣鈦礦型CSO材料將應用於能源設備,並將有助於電動汽車的提高能效,”研究人員補充說。

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