汉阳大学ERICA材料化学工程系教授李善英和韩国生产技术研究院（以下简称生技院）纤维解决方案部门尹基路博士共同研究组7日表示，通过控制多成分系氧化物内的溶出（ex-solution）现象，成功开发出了锌空气电池用高耐久性空气极催化剂材料。
锌空气电池通过大气中氧和锌的电化学反应发电，能量密度为1340Wh/kg，是锂离子电池的两倍以上。此外，由于使用廉价的锌和安全的水系电解质，锂离子电池的潜在替代方案备受关注。
但现有锌空气电池因价格高、耐久性差，难以实现商用化。因为主要使用铂（Pt）和铱氧化物（IrO）等贵金属催化剂和碳基支撑体。
研究小组在电纺丝制备的纳米纤维状氧化物支撑体上以离子形式雇佣微量铂（Pt）和钴（Co）催化剂成分后，利用通过热处理使其以纳米粒子形式均匀生长在支撑体表面的溶出现象，开发出了具有高活性和高耐久性的复合纳米催化剂。
研究发现，当多组分氧化物支撑体在热处理过程中达到特定温度时，铂元素优先溶出，当温度进一步上升时，形成的铂纳米粒子诱导钴溶出，形成铂钴（PtCo）合金。但是过高的热处理温度会导致纳米粒子过生长，导致催化性能下降。
该研究通过基于理论密度函数的计算验证了合金纳米粒子的溶出机制，溶出的铂钴合金纳米粒子被牢固地固定在钨氧化物支撑体表面，在二次电池的放电反应氧还原反应（oxygen reduction reaction）中起到活性点（active site）的作用。此外，氧化物支撑体不仅可以形成电网络，还可以有效改善充电反应氧气发生反应（oxygen evolution reaction），使锌空气电池在性能不下降200小时以上的情况下，呈现出稳定的寿命特性。
此次研究结果在线刊登在环境、能源领域的顶级学术期刊《Applied Catalysis B:Environment and Energy》7月号上。汉阳大学HYU-KITECH共同系硕士生李昌浩作为第一作者参与了该研究，韩国科学技术研究院的黄昌圭博士生、安贞元博士生、张智秀博士、金钟民博士、诚信女子大学的具本在教授、韩田大学的申基贤教授等作为共同作者参与了该研究。汉阳大学ERICA教授李善英和生机院尹基路博士作为通讯作者领导了研究。
李善英教授解释说：“通过电辐射制备了多成分氧化物支撑体，并利用溶出现象成功开发出了高耐久性合金纳米粒子催化剂。”尹基洛博士表示：“此次研究结果不仅适用于新一代二次电池，还可应用于要求低价型、高耐久性催化剂的燃料电池或水电解等多种能源材料领域。”
另外，汉阳大学ERICA-生技院共同研究组是通过2021年3月新设的普通研究生院（HYU-KITECH共同学科）课程结成的合作伙伴，在进行学术交流的同时，还组成了智能机器人、机械融合-3D打印、尖端材料、产业系统领域的融合教育课程，致力于培养具备实务能力的专业人才。
作为第一作者参与的李昌浩硕士生表示：“通过HYU-KITECH共同学科，可以产生研究协同效应。希望今后也能通过这种合作，不断取得高质量的成果。”
