Un equipo de investigación, afiliado a UNIST, ha anunciado que recientemente se desarrolló un nuevo catalizador que podría aumentar el rendimiento de las baterías de metal-aire, como la eficiencia de descarga y carga.
Las baterías de metal-aire (Metal-air batteries, MABs, por sus siglas en inglés), que utilizan oxígeno del aire ambiente como recursos para almacenar y convertir energía, han recibido una atención considerable por su uso potencial en vehículos eléctricos (EV, por sus siglas en inglés), la razón es debido a que logran una gran capacidad de almacenamiento de energía, son muy ligeras y asequibles.
Estas baterías de metal-aire (MABs), son uno de los tipos de baterías más livianos y compactos. Están equipados con ánodos compuestos de metales puros (es decir, litio, zinc, magnesio y aluminio) y un cátodo de aire que está conectado a una fuente inagotable de aire.
En vista de su alta densidad de energía teórica, los MAB se han considerado un fuerte candidato para los vehículos eléctricos de próxima generación. Pero un problema las ha detenido, y es que las baterías de metal-aire actuales utilizan catalizadores metálicos raros y costosos para sus electrodos de aire, un ejemplo de ello son los catalizadores de platino (Pt). Esto ha dificultado su posterior comercialización en el mercado.
Catalizadores compuestos para mejorar las baterías de metal-aire
Como alternativa, se han propuesto catalizadores de perovskita que exhiben un excelente rendimiento catalítico, aunque existen bajas barreras de activación.
Ante esto, un equipo de investigación, afiliado a UNIST, ahora ha anunciado el desarrollo de un nuevo catalizador que podría aumentar el rendimiento de este tipo de baterías, mejorando desde el punto de vista de eficiencia de descarga y carga de batería.
La investigación fue dirigida por el profesor Guntae Kim de la Escuela de Energía e Ingeniería Química de UNIST, quien presento un catalizador compuesto que podría mejorar de manera eficiente el rendimiento de la descarga y la carga de las baterías de metal-aire.
La investigación del profesor Kim se basa en la combinación de dos tipos de catalizadores, cada uno de los cuales mostró un excelente rendimiento en las reacciones de carga y descarga. El catalizador metálico (óxido de cobalto), que funciona bien en la carga, se deposita en una capa muy delgada en la parte superior del catalizador de perovskita a base de manganeso (LSM), que funciona bien en la descarga. Como resultado, el efecto sinérgico de los dos catalizadores se volvió óptimo cuando el proceso de deposición se repitió 20 veces.
Figura 1. Ilustración esquemática de la capa intermedia auto-reconstruida en LSM-20-Co derivada por difusión in situ de Mn mediante ciclos repetidos de deposición de capa atómica.
“Es una forma de capa muy delgada de películas de óxido metálico depositadas sobre una superficie de catalizadores de perovskita, y por lo tanto la interfaz formada naturalmente entre los dos catalizadores mejora el rendimiento general y la estabilidad del nuevo catalizador”, dice la investigación en un comunicado de prensa de UNIST.
“Durante los repetidos ciclos de deposición y oxidación del proceso de deposición de capa atómica (atomic layer deposition, ALD, por sus siglas en inglés), los cationes Mn se difunden en Co3O4 desde LSM y, por lo tanto, el catalizador LSM-20-Co está compuesto de LSM encapsulado con la capa intermedia de espiga auto-reconstruida (Co3O4 / MnCo32O4 / LSM)”, dice Arim Seong (Combinado M.S / Ph.D. De Energía y Ingeniería Química, UNIST), el primer autor del estudio. “Y esto ha mejorado la actividad catalítica del catalizador híbrido, LSM-20-Co, lo que lleva a rendimientos electroquímicos bifuncionales superiores para el ORR y el REA en soluciones alcalinas”.
“Hasta donde sabemos, este es el primer estudio que investiga la capa intermedia auto-reconstruida inducida por la difusión del catión in situ durante el proceso ALD para diseñar un catalizador bifuncional eficiente y estable para baterías alcalinas de zinc-aire”, según el equipo de investigación.
“Nuestros hallazgos proporcionan la estrategia de diseño racional de la capa intermedia auto-reconstruida para un electrocatalizador eficiente”, dice el profesor Kim. “Por lo tanto, este trabajo puede proporcionar información sobre la estrategia de diseño racional del óxido de metal con materiales de perovskita”.
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