풀러렌과 메탈로포르피린의 초분자 조합으로 아연-공기 배터리 기능 향상

27년 2024월 XNUMX일

(나노 워크 뉴스) 아연 공기 배터리는 소규모로 전자 장치에 전력을 공급하거나 대규모로 전기 자동차 또는 에너지 저장에 사용할 수 있는 저렴하고 강력한 배터리 대안입니다. 이러한 배터리는 공기 중의 산소가 아연을 산화시킬 때 작동하지만 배터리 성능을 저하시키는 산소 활성화의 어려움으로 인해 광범위한 상업적 채택이 이루어지지 않았습니다. 에 발표된 논문에 제시된 정보 탄소 미래 ("Zn-공기 배터리를 위한 효율적인 ORR 전기촉매 전구체로서의 풀러렌-메탈로포르피린 공결정")는 풀러렌 유래 탄소 물질을 촉매로 첨가하면 아연공기 배터리의 성능, 안정성 및 비용을 어떻게 향상시킬 수 있는지 보여줍니다. 아연공기 배터리용 풀러렌-메탈로포르피린 공결정 이 그래픽은 풀러렌-메탈로포르피린 공결정을 산소 환원 반응 촉매로 사용하는 아연공기 배터리 캔을 보여줍니다. (이미지 : Carbon Future, Tsinghua University Press) “아연공기 전지의 산소 활성화, 산소 대 산소 결합 절단 및 산소 환원의 산화물 제거의 어려움으로 인해 발생하는 느린 운동 특성으로 인해 상업 분야에서의 적용이 제한되었습니다.” 중국 우한에 있는 화중 과학 기술 대학교 재료 과학 및 공학부 교수인 Fang-Fang Li는 말했습니다. “탄소계 비귀금속 촉매는 넓은 표면적, 높은 전기 전도도, 뛰어난 기계적 특성, 전기화학적 환경에서의 우수한 안정성으로 인해 산소 환원 반응에 유망한 소재로 여겨져 왔습니다.” 풀러렌 축구공 모양의 닫힌 새장 구조를 가진 탄소 동소체입니다. 순수 풀러렌은 전자 전달을 제한하는 전도성이 부족하지만, 풀러렌에서 파생된 결정은 향상된 비표면적, 전도성 및 활성 부위를 갖습니다. 풀러렌 결정은 액체-액체 계면 침전이라는 과정을 통해 생성됩니다. 이 과정에서 풀러렌은 두 가지 서로 다른 용매에 용해되고 두 액체의 경계면에 결정이 형성됩니다. 그런 다음 연구자들은 풀러렌 결정과 독특한 구조를 가진 분자인 메탈로포르피린을 결합한 초분자를 만들었습니다. 그들은 최고의 성능을 발휘하도록 시도하고 최적화하기 위해 이 초분자의 네 가지 버전을 만들었습니다. 700개를 서로 다른 온도(800°C, 900°C, 800°C)로 가열한 후 최종 시료도 800°C로 가열했지만 액액계면침전법을 적용하지 않은 다른 시료와 다르게 혼합했습니다. 풀러렌-메탈로포르피린 초분자의 성능을 테스트하기 전에 연구자들은 주사전자현미경, X선 회절, 라만 분광학 및 추가 측정을 통해 샘플의 구조적 특징을 연구했습니다. 그들은 액체-액체 계면 침전법이 결함을 증가시켜 산소 환원 반응의 성능을 향상시키는 것을 발견했습니다. 그들은 또한 XNUMX°C로 가열된 초분자가 실험 과정에서 테스트된 다른 초분자보다 더 나은 성능을 발휘한다는 것을 일관되게 발견했으며 실제 적용에서 이 초분자를 테스트하기 위해 나아갔습니다. 풀러렌-메탈로포르피린 초분자의 성능을 테스트하기 위해 연구자들은 풀러렌-메탈로포르피린을 음극으로 사용하여 수제 아연공기 배터리를 만들었습니다. “이 결과는 풀러렌-메탈로포르피린이 보여준 탁월한 장기 안정성을 강조합니다. 풀러렌-메탈로포르피린의 최적화된 아연공기 배터리 성능은 초분자의 강력하고 지속적인 전기촉매 성능을 강조합니다. 높은 전력 밀도와 확장된 안정성의 조합은 풀러렌-메탈로포르피린 유래 탄소 물질을 아연-공기 배터리의 실제 적용을 위한 매우 유망한 촉매로 자리매김하고 있습니다.”라고 Li는 말했습니다.