高エネルギー密度と耐久性を備えた亜鉛空気フロー電池用FeCo-NCベース空気カソードの設計：触媒への豊富な自由水界面の装備

科学分野:

• 電気化学
• 材料科学
• エネルギー貯蔵

背景:

• 亜鉛空気フロー電池（ZnAFB）は、大規模なエネルギー貯蔵にとって重要です。
• ZnAFBの性能向上は、高度なカソード電極触媒と空気カソードインフラストラクチャにかかっています。

研究 の 目的:

• ZnAFB用の高活性で耐久性のあるFeCo-NCベースの空気カソードを開発すること。
• 電極表面での触媒メカニズムと界面水の挙動を調査すること。

主な方法:

• Fe-NCサポート上にFe7Co3@Fe-N3&Co-N3触媒（Fe8Co2@FeCo-NC）を製造しました。
• 界面水の研究には、ab initio分子動力学（AIMD）およびin situラマンスペクトルを使用しました。
• 亜鉛空気電池（ZnAB）およびZnAFBデバイスを組み立ててテストしました。

主要な成果:

• Fe8Co2@FeCo-NC触媒は、強化された二官能性触媒活性と反応速度を示しました。
• AIMDおよびラマンスペクトルは、中間体移動を促進する界面水の管理が改善されたことを明らかにしました。
• ZnAFBは、208 mW cm-2の高い電力密度と56 mAh cm-2の放電容量を達成しました。
• 28 mAh cm-2で469時間連続運転しても、優れた耐久性が観察されました。

結論:

• FeCo-NC空気カソードは、ZnAFBの性能と寿命を大幅に向上させます。
• 最適化された界面水のダイナミクスは、ZnAFBにおける効率的な電気触媒の鍵となります。
• この研究は、次世代のエネルギー貯蔵システム向けの有望な低コスト触媒を提示します。