日本利用离子液体合成了用于高效锂-空电池的钙钛矿氢氧化物催化剂

CoSn(OH)6(CSO)是高效析氧反应(OER)催化剂,对于开发下一代锂-空电池不可或缺。目前合成CSO的方法复杂且耗时。一个国际研究小组利用离子液体,在20 min内一步法合成了纳米晶体CSO,且具有优异的OER催化性能,可以促进高能密度电池的制造。在投入商用之前,这些电池需提高能效,增加循环寿命,需要将充电/放电过程氧的氧化还原反应过电位降低。为了解决这些问题,需要一种合适的催化剂来加速电池内部的析氧反应(OER),对于提高储能电池的性能,OER是水分解化学反应中的关键一步。

为了加快金属-空气电池的OER反应,稀有且昂贵的贵金属氧化物,如氧化钌(Ⅳ)(RuO2)和氧化铱(Ⅳ)(IrO2)通常被用作催化剂。过渡金属钙钛矿型氧化物和氢氧化物也是人们熟知的具有很高OER活性且较为经济的催化材料,其中的CoSn(OH)6(CSO)是一种有前景的OER催化剂,而目前合成CSO的方法耗时(需要超过12 h),且步骤繁琐。

日本芝浦工学院的一个研究团队最近取得了突破,他们采用一步法,在短短20 min内成功地合成了CSO。该研究小组采用了材料合成领域最尖端的非高温反应离子液方法,该研究成果于2023年4月17日发表在《Sustainable Energy &Fuels》杂志第11期。

X射线衍射分析结果表明,将前体溶液pH调整为10～12,合成的CSO具有很高结晶度;透射电子显微镜观测结果显示CSO晶体呈立方体,尺寸为100～300 nm。最后,该研究小组利用电化学方法研究了CSO的OER催化性能,发现合成的CSO在10 mA/cm2的电流密度下,过电位为350 mV,相对于可逆氢电极,pH为12时合成的CSO样品比市售的RuO电位低104 mV,由此说明CSO比RuO略好。

总之,这项研究首次介绍了一种简便、高效的CSO合成方法,这一方法使得CSO在锂-空电池中的应用切实有效,为下一代电池开发开辟了新的途径。

[靳爱民摘译自Science News,2023-06-26]