(Nanowerk-Neuigkeiten) Zink-Luft-Batterien sind eine kostengünstige, leistungsstarke Batteriealternative, die im kleinen Maßstab zur Stromversorgung von Elektronikgeräten oder im großen Maßstab für Elektrofahrzeuge oder Energiespeicher eingesetzt werden kann. Diese Batterien funktionieren, wenn Luftsauerstoff Zink oxidiert, aber die Schwierigkeit bei der Sauerstoffaktivierung, die die Batterieleistung beeinträchtigt, hat ihre breite kommerzielle Einführung verhindert. Informationen in einem Artikel veröffentlicht in Kohlenstoffzukunft („Fulleren-Metalloporphyrin-Cokristall als effizienter ORR-Elektrokatalysator-Vorläufer für Zn-Luft-Batterien“) zeigt, wie die Zugabe von Fulleren-abgeleiteten Kohlenstoffmaterialien als Katalysatoren die Leistung, Stabilität und Kosten von Zink-Luft-Batterien verbessern kann. Diese Grafik zeigt eine Zink-Luft-Batteriedose, die einen Fulleren-Metalloporphyrin-Cokristall als Katalysator für die Sauerstoffreduktionsreaktion verwendet. (Bild: Carbon Future, Tsinghua University Press) „Die trägen kinetischen Eigenschaften, die durch die Schwierigkeit der Sauerstoffaktivierung, der Spaltung der Sauerstoff-Sauerstoff-Bindung und der Oxidentfernung der Sauerstoffreduktion in Zink-Luft-Batterien verursacht werden, haben ihre Anwendung im kommerziellen Bereich eingeschränkt.“ sagte Fang-Fang Li, Professor an der School of Materials Science and Engineering der Huazhong University of Science and Technology in Wuhan, China. „Nichtedelmetallkatalysatoren auf Kohlenstoffbasis gelten aufgrund ihrer großen Oberfläche, hohen elektrischen Leitfähigkeit, hervorragenden mechanischen Eigenschaften und hervorragenden Stabilität in elektrochemischen Umgebungen als vielversprechende Materialien für die Sauerstoffreduktionsreaktion.“ Fulleren ist ein Kohlenstoffallotrop mit einer geschlossenen Käfigstruktur in Form eines Fußballs. Reines Fulleren hat eine unzureichende Leitfähigkeit, die den Elektronentransfer einschränkt, aber aus Fulleren gewonnene Kristalle haben eine verbesserte spezifische Oberfläche, Leitfähigkeit und aktive Zentren. Fullerenkristalle entstehen durch einen Prozess, der als Flüssig-Flüssigkeit-Grenzflächenfällung bezeichnet wird. Bei diesem Prozess wird Fulleren in zwei verschiedenen Lösungsmitteln gelöst und an der Grenzfläche der beiden Flüssigkeiten bilden sich Kristalle. Anschließend schufen die Forscher ein Supramolekül, das Fullerenkristalle mit Metalloporphyrin kombinierte, einem Molekül mit einer einzigartigen Struktur. Sie haben vier Versionen dieses Supramoleküls erstellt, um zu versuchen, es für die beste Leistung zu optimieren. Drei davon wurden auf unterschiedliche Temperaturen erhitzt (700 °C, 800 °C und 900 °C) und dann wurde die endgültige Probe ebenfalls auf 800 °C erhitzt, jedoch anders gemischt als die anderen Proben ohne die Flüssig-Flüssigkeit-Grenzflächenfällungsmethode. Bevor die Leistung des Fulleren-Metalloporphyrin-Supramoleküls getestet wurde, untersuchten die Forscher die Strukturmerkmale der Probe mittels Rasterelektronenmikroskopie und Röntgenbeugung, Raman-Spektroskopie und weiteren Messungen. Sie fanden heraus, dass die Flüssig-Flüssigkeit-Grenzflächenfällungsmethode die Zahl der Defekte erhöhte, was die Leistung der Sauerstoffreduktionsreaktion verbesserte. Sie fanden außerdem immer wieder heraus, dass das auf 800 °C erhitzte Supramolekül eine bessere Leistung erbrachte als die anderen, die im Verlauf des Experiments getestet wurden, und machten mit der Erprobung dieses Supramoleküls in einer praktischen Anwendung weiter. Um die Leistung des Fulleren-Metalloporphyrin-Supramoleküls zu testen, bauten die Forscher eine selbstgebaute Zink-Luft-Batterie, die das Fulleren-Metalloporphyrin als Kathode verwendete. „Die Ergebnisse unterstreichen die außergewöhnliche Langzeitstabilität von Fulleren-Metalloporphyrin. Die optimierte Zink-Luft-Batterieleistung von Fulleren-Metalloporphyrin unterstreicht die robuste und dauerhafte elektrokatalytische Leistung des Supramoleküls. „Diese Kombination aus hoher Leistungsdichte und erweiterter Stabilität macht aus Fulleren-Metalloporphyrin gewonnenes Kohlenstoffmaterial zu einem vielversprechenden Katalysator für praktische Anwendungen von Zink-Luft-Batterien“, sagte Li.

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• Quelle: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64739.php