CSO催化劑新合成方法推動鋰空氣電池發展

據報道，芝浦工業大學研究人員開發了一種合成CoSn（OH）6（CSO）更有效的方法。CSO是開發下一代鋰空氣電池所必需的高效的析氧反應（OER）催化劑，但目前合成CSO的方法復雜且速度慢。研究人員利用溶液等離子體工藝（一種在非熱反應領域合成材料的領先方法），在20分鐘內一步合成了具有優異OER催化性能的CSO納米晶體，可以促進高能量密度電池制造。

電動汽車需要高能量密度的電池，理論上鋰空氣電池比鋰離子電池能量密度更高，但在實際應用前，鋰空氣電池需要提高電池能效，提高循環特性，降低氧化還原反應充放電所需的過電位。因此，需要合適的催化劑加速電池內部OER。稀有且價格較高的貴金屬氧化物，例如釕氧化物（RuO2）和銥氧化物（IrO2），通常被用作加速金屬–空氣電池OER的催化劑。價格更低的催化材料包括過渡金屬，例如鈣鈦礦型氧化物和氫氧化物，對OER具有高活性。CSO是一種鈣鈦礦型氫氧化物，是一種有前景的OER催化劑。但目前合成CSO方法緩慢（超過12小時）且需要多個步驟。

研究人員使用X射線衍射儀顯示，通過將pH值調整到10～12，可以從前體溶液合成高度結晶的CSO。通過透射電子顯微鏡，進一步顯示CSO晶體呈立方體形狀，尺寸約為100～300納米。研究人員使用X射線光電子能譜法研究了CSO晶體的組成和結合位點，化合物中的鈷為二價，錫為四價，并通過電化學方法研究了CSO作為OER催化劑的特性。結果表示，電流密度為10 mA·cm-2時，合成的CSO具有350 mV的過電位。在pH12下合成的CSO在所有合成樣品中具有最好的催化性能，甚至比商業級的RuO2性能更優，特別是在10 mA·cm-2時，比市售的RuO2和可逆氫電極低104 mV。